功能核酸概念的内涵与外延

对功能核酸概念的分析需要建立在对功能核酸研究的基础上,从内涵和外延两个方面来进行探析。从内涵来看,它是对具有特殊结构、执行特定生物功能的核酸分子的统称;从外延来看,它包括适体、核酸核酶、核糖开关、发光核酸、修饰核酸、功能核酸裁剪、核酸自组装、功能核酸纳米材料、核酸纳米酶、核酸药物、核酸补充剂以及DNA存储技术等。目前功能核酸已成功地应用于生物传感、生物成像、生物医学等诸多领域。对功能核酸这一概念进行了探讨,并尝试对其范畴、特点进行归纳总结,以期梳理和完善功能核酸的基本概念,促进该领域的进一步发展。     

“草甘膦安全之争”案例分析

自2015年IARC发布草甘膦可能致癌的评估报告以来,草甘膦的安全性一直受到各界人士的关注和热议。在各类案例中,"草甘膦安全之争"以其重要性、复杂性、曲折性成为农业投入品影响食品安全和生态健康的代表事件。该案例之所以如此重要,主要由于草甘膦在全球范围内的广泛使用和在除草剂市场上难以撼动的霸主地位,案例的复杂性体现在其涉及面广和影响深远,与生态、经济、政治、教育等领域存在千丝万缕的联系,而曲折性是指继IARC的致癌性评估后,各国际机构相继发布的无风险评估结果使得草甘膦的命运一波三折。本文首先回顾了整个案例的发展脉络,并陈述了事件的参与方,然后从发展历程、理化性质和检测方法三个方面展现了草甘膦的前世今生,并据此展开案例分析,揭示草甘膦与转基因作物的关系,接着将此案例与案例教学相结合,为案例融入课堂提供了思路,最后从多角度进行案例透视,探寻案例背后隐藏的社会真相,给出笔者从中获得的一些启示。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

施陶丁格连接介导的生物传感及药物运输研究进展

施陶丁格连接是有机叠氮化物与膦在室温、水溶液等温和条件下直接发生的一种无金属催化的点击反应。由于施陶丁格连接具有生物正交特性且无潜在的细胞毒性,目前正广泛应用于材料表面功能化、各种生物大分子的合成及标记等方面。同时,在药物的合成与递送以及生物传感器等应用中具有较大发展空间。详细介绍了施陶丁格连接的反应机理、影响反应动力学、连接产率以及反应进程的多种因素,以及该连接反应介导的生物标记技术。在此基础上,论述了施陶丁格连接在生物传感中的应用,包括以核酸、小分子为靶标的荧光生物传感器;细胞成像技术在核酸、聚糖中的应用;以及在药物合成与递送中的应用。最后预测了施陶丁格连接未来的发展方向以及在生物传感中的应用前景。     

DNA特殊二级结构及其应用进展

核酸在生命遗传过程中发挥着重要作用,其特殊的DNA二级结构不仅包含遗传信息,还可在体内发挥特定的生理功能、在体外被用作生物传感器的组成元件。目前,DNA特殊二级结构主要包括发卡(hairpin)、十字形(cruciform)、双螺旋(double helix)、三螺旋(triplex)、G-四联体(G-quadruplex)、G-三联体(G-triplex)和i-motif等。DNA特殊二级结构无论是在体外还是在体内均已被广泛研究,因此,基于已有的研究成果,概括总结了DNA特殊二级结构中G-quadruplex、G-triplex、i-motif的发展史、结构组成、特殊功能以及在生物传感、纳米材料、体内检测等方面的应用,最后剖析了目前在DNA特殊二级结构的研究中存在的问题与不足,并对其今后的研究方向做出了展望,以期为DNA特殊二级结构在生物传感、分子医学等领域的应用提供理论支持。     

发光核酸适配体的筛选及应用

发光核酸适配体(light-up nucleic acid aptamers,LNAs)是一类能够特异性结合目标分子并增强目标分子发光性能的功能核酸(functional nucleic acids,FNAs)。LNAs具有组成简单、结构稳定、表达时间短等优点,因此在细胞成像、物质检测等传感领域显示出巨大潜力。随着对细胞内基因原位分析的研究深入,现存胞内成像技术的不足逐渐显露,LNAs成像系统应运而生。本文梳理并概括了不同类型LNAs的筛选方法,并从胞内、体外两个方面对LNAs的前沿应用进行了分析,指出了当前LNAs研究以及传感系统存在的不足,展望了LNAs在无细胞传感中的巨大发展前景,以期能够促进LNAs系统成为胞内外传感研究的一件利器。     

银离子比色检测技术研究进展

由于银离子(Ag⁺)会威胁人类健康和生态系统平衡,其检测在环境和食品领域引起了广泛关注。比色法是检测Ag⁺最常用的方法之一,具有简单、易操作、可现场快速检测等优点。传感机理以及显色材料的发展是比色法领域的重要研究方向。综述了Ag⁺比色检测技术的显色机理及其传感策略,将显色机理分为三类,包括酶催化、等离子体共振和化学显色,并对相应的显色材料进行了概括。讨论了Ag⁺检测的传感机理、传感性能和实际样品应用,并总结了目前Ag⁺比色法检测的挑战和前景,旨在帮助读者更好地理解Ag⁺比色法的原理,推动重金属离子快速检测技术的发展。     

关于双链特异性核酸酶介导的生物传感器研究进展

双链特异性核酸酶（DSN 酶）是一种能高效识别并酶切完全互补配对的 DNA 双链或者 DNA/RNA 杂交双链中的DNA 链,而对单链 DNA 和单 / 双链 RNA 几乎没有作用的核酸酶,所以 DSN 酶在生物和医学等领域有着广泛的应用。目前,基于DSN 酶对单双链核酸不同的切割特点,搭载不同的信号输出及扩增方式,已经建立了一系列生物传感技术,如比色法、荧光法、电化学法等。实现了 mi RNAs、m RNA、重金属离子等一系列生物标志物及食品安全风险因子的检测。另外,DSN 酶与新兴纳米材料搭载的纳米传感器也在 RNA 等物质传感中显示出了极大的分析优势。首先从结构、性质和切割方式 3 个方面介绍了 DSN 酶,并对近年来基于 DSN 酶介导的、具有代表性的生物传感器的组建及应用情况进行了综述,主要是根据不同的信号输出方法对 DSN酶介导的核酸传感器进行归类综述,包括光学传感器、电化学传感器和光磁传感器等。具体综述内容包括,详细地阐述了各种传感器的传感原理,综合比较了各传感器的检测范围及检测灵敏度等,同时还归纳了目前 DSN 酶介导的生物传感器能够检测的靶物质类型,有助于人们以后对 DSN 酶更深层次的使用。最后,对 DSN 酶介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望,旨在指导人们在未来使用 DSN 酶介导的生物传感器中能避免相关问题,研发出更快捷、更方便、灵敏度更高的生物传感器。     

基于大肠埃希菌O157∶H7的荧光定量冻干检测试剂盒的研制

大肠埃希菌O157∶H7(Escherichia coli O157∶H7,E.coli O157∶H7)作为一种食源性致病菌,其分布广泛、危害性大。为了研制一种基于E.coli O157∶H7的既能实现快速、简单和灵敏检测,又能够实现常温储存及运输的试剂盒,本研究利用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,qPCR)技术,结合真空冷冻干燥技术,研制了保留核酸检测性能、易于常温储存及运输、减少气溶胶污染的E.coli O157∶H7荧光定量冻干检测试剂盒。研制的试剂盒采用冻干技术保留了核酸扩增试剂的检测性能,复水后,在Taq DNA聚合酶的作用下通过循环扩增实时监测荧光信号的积累,实现荧光定量检测,所提出的方法在40 min内可检测到2.1 copies/μL的eaeA基因。该技术为E.coli O157∶H7的检测提供良好的研究基础和技术参考,填补了市场灵敏度高、便于储存的E.coli O157∶H7检测试剂盒的缺乏。     

核酸切割酶在病原微生物检测中的研究进展

DNA是遗传信息的重要载体,其空间构象折叠性质使其具有很多的功能。利用核酸切割酶(cleaving DNAzyme)识别特定单链DNA分子并能够切割其中某条单链的性质来构建传感器,将特异性识别过程转化为凝胶电泳表征、释放荧光、比色现象的信号输出,同时能很好的和扩增反应结合来实现信号放大。核酸切割酶通过体外筛选技术获得,可以与靶物质(小分子、蛋白质,甚至整个细胞)特异性结合。由于具有制备简单,易于修饰和良好稳定性等优点,核酸切割酶被用于构建生物传感器以检测病原微生物,已应用到现场检测甚至医疗中的体内检测,结合已经成熟的检测设备血糖仪、横流层析试纸条带进行微生物检测,并广泛地应用到生物传感、食品安全、医疗在内的重要领域中。综述了近年来核酸切割酶在微生物检测中的应用,讨论了核酸切割酶在微生物检测中的切割机理和产物、靶标以及表征手段,探索核酸切割酶在微生物实际检测中的意义。对该技术的发展前景及其面临的问题进行展望,以期核酸切割酶在微生物检测领域能够更好的发展。