基于DNAzyme的Cd2 核酸生物传感器研究

1. 文献综述

镉（cadmium, Cd）是一种稀有元素。金属镉呈银白色，熔点 320.9℃，是作为副产品从锌矿石或硫镉矿中提炼出来的，大多用于电镀保护其他金属免受腐蚀和锈损，如电镀钢、铁制品、铜、黄铜等[1]。最初，镉由德国的化学家斯特罗迈厄发现并于 20 世纪 40 年代开始被大规模开采。重金属镉会在生物富集的作用下在较高营养级积累，可造成其他物种的二次中毒[2]。另一方面，不同于其他污染物，重金属不能通过环境自身的净化、降解作用消除，只会发生形态的转变，地方的迁移[3]，得不到根本的消除，始终存在。镉具有很强的毒性，毒性时间长，生物蓄积性强。它的半衰期可长达 3000 年，在人体中其半衰期可达到 6.2至 18 年[4]。镉可以通过呼吸道，消化道和皮肤进入动物体内，对多种器官、系统造成毒性，是已知的最易在体内蓄积的毒物[5]。由于镉的毒性危害严重，现在世界卫生组织已确定重金属镉为食品污染物，并把它作为重点研究的对象。此外，镉在联合国环境规划署所排列的 12 种全球危险化学品中位列于第一位。可以看出，镉污染已在全球范围内获得重视[6-8]。

传统的镉离子检测方法可以提供高灵敏度，优秀的选择性和准确的检测结果，但常见的缺点是仪器昂贵，检测时间长，并且样品预处理步骤复杂、时间长、易受污染。生物传感器检测方法相比于传统检测手段具有更短的响应时间、更高的灵敏度、更直观的检测现象，因此引起了研究者极大的研究兴趣, 广泛应用于司法鉴定、临床医学、微生物、环境监测等不同领域^[9-12]。

脱氧核酶（DNAzyme）是 Breaker 和 Joyce 在 1994 年首次通过 SELEX 技术（Systematic evolution of ligands by exponential enrichment，体外指数富集配体系统进化技术）筛选出的具有催化功能的 DNA 单链，它可以模拟体内酶的功能[13,14]。相较于蛋白酶，脱氧核酶的化学和热学稳定性更好、易溶于水、生物相容性好、价格比较便宜^[15]。此外，脱氧核酶对其底物具有极高的专一性，即便在结合臂处有一个错配碱基，切割效率也会大大下降。脱氧核酶序列设计的灵活性、切割底物的专一性、催化结构的翻转等特性使它能作为通用的识别元件和生物传感的信号放大器^[16]。随着研究的发展，一些基于脱氧核酶的检测方法相继被报道，如比色法^[17,18]、电化学法^[19]、SERS（表面增强拉曼散射）法^[20,21]和荧光检测法^[22,23]等，被广泛应用于环境检测、疾病诊断和生物分析等领域。在这些检测技术中，荧光检测法因其操作简单、灵敏度高、检测速度快，被科研工作者作为常用的检测手段。因此在本实验中我们将使用基于脱氧核酶的传感研究来检测样品中镉离子的浓度。

参考文献

[1] 谢黎虹, 许梓荣. 重金属镉对动物及人类的毒性研究进展[J]. 浙江农业学报, 2003, 15(6): 376～381.

[2]安立会, 王静波, 付青等. 环境镉污染对生殖系统影响的研究进展[J]. 环境与健康杂志, 2011, 28(1): 89-92.

[3] 刘义富, 毛昆明. 云南部分矿区及尾矿土壤和植物Cd污染调查分析[J]. 土壤通报, 2011, 42(6): 1486-1490.