Page 148 - 南京医科大学学报自然科学版

第
第40卷第6期41卷第3期
2021
·454 · 南 京 医 科 大 学 学 报 2020年6月年3月

作为一种高通量、高读长、实时数据输出 ［42］ 的单分 主流方法，具有极高的普及率。因此，在评价核酸
子测序技术，纳米孔测序技术被认为是第 3 代测序 检测技术时，往往需要以该技术为参照。在上述核
技术的一个重要发展方向。此外，纳米孔测序技术 酸检测技术中，纳米层析技术作为一种单纯的核酸
还因具有无需各种酶的参与、无需生物分子修饰标 产物的检测手段，实验步骤必然会多于集扩增、产
记或表面固定化技术、低成本等优势 ［40］ ，而在美国 物检测于一体的实时荧光PCR方法，因此应选择诸
国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH） 如 LAMP 等设备要求不高的核酸扩增方法，开发适
的“1 000美元基因组计划”中脱颖而出。目前，由牛 用于现场的即时检验方法；PCR 方法普遍具有升降
津 纳 米 孔 技 术 公 司（Oxford Nanopore Technology， 温过程长、耗时、具有一定假阴性率的缺点，在体系
ONT）开发的几代产品已开始应用于体外诊断和公 中加入纳米粒子后扩增效率和敏感性得到提升；纳
共卫生等领域。 米孔测序技术作为一种高通量、高读长的测序技术，
已在多个研究和应用领域中发挥作用，是核酸检测技
术的强力补充。

4 纳米材料在体外检测领域中的其他应用

电流 4.1 纳米生物传感器
马达蛋白
生物传感器是将生物活性材料与适当的转导
元件组合在一起用来选择性并且可逆性地检测各种
纳米孔
类型样品中的生物化学物质浓度或活性的装置 ，主
［51］
膜
要由识别元件和理化转换器构成。生物传感器常
流向
可分为光学传感器、电化学传感器和压电传感器，
图3 纳米孔测序
Figure 3 Nanopore sequencing 具有响应迅速、灵敏度高、可实现实时和多重检测、
使用便捷、检测成本低、体积小等优点 ［52］ ，对海关和
此前，纳米孔测序技术因为错误率相对较高、 传染病暴发现场的疾病防控以及相对落后国家或
需要多次处理消除测序错误等问题而影响了其对 地区的疾病诊断具有重要意义。纳米生物传感器
于第 2 代测序技术（next⁃generation sequencing tech⁃ 是将纳米材料（如金纳米簇 ［17］ 、金纳米线 ［53］ 、碳量子
nology，NGS）的竞争力 ［41，43-44］ ，但随着该测序技术的 点 ［54］ 等）与生物传感器结合制成的复杂仪器，综合
成熟完善带来的测序准确率的提高，其高通量、高 应用光、电、声、色等各种先进检测技术，以实现对
读长、实时数据输出以及可以进行直接RNA测序的 核酸、蛋白质、酶活性、微生物等 ［53-56］ 乃至重金属离
优势逐渐得以体现。ORSINI 等 ［45］ 开发了一种基于 子等环境有毒物质 ［57］ 进行检测的复杂仪器，对临床
纳米孔测序的快速检测 BCR⁃ABL1 融合基因的方 检测、食品安全、环境监测、国家安全等多个领域产
法，这对急性白血病等急需得出诊断结果的疾病诊 生影响。Aghili 等 ［53］ 研发了一种用于检测血清中帕
断有极大意义。使用纳米孔测序技术以原生 RNA 金森病（Parkinson’s disease，PD）生物标志物 miR⁃
形式对流感病毒基因组进行直接测序，颠覆了以往 195 的 DNA 杂交电化学纳米生物传感器（图 4），使
先用逆转录酶合成 DNA 后测序的流程，避免了 CG 用纳米材料增加电极的有效表面积，大大提高了检测
偏倚，同时保留了基因组中的碱基修饰信息，在相 的灵敏度，可用于PD的早期诊断。Srivastava等 报
［58］
关领域研究中具有重大价值 ［41］ 。除此以外也有利 道了一种基于表面增强拉曼光谱的纳米生物传感
用纳米孔测序技术在西非疫区实验室对埃博拉病毒 器，用于大肠埃希菌的检测，具有高度特异性，实验
进行测序 和在7~12.5 h内得到结核分枝杆菌鉴定 证实其具有较低的检测限（1.5 × 10 CFU/mL，可达
［46］
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全基因组测序的结果，并借此得出种属鉴定和耐药性 单个细菌的浓度水平）。
推测的报道 ［47］ 。在新型冠状病毒肺炎（corona virus 4.2 BCA技术
disease 2019，COVID⁃19）大流行期间，纳米孔测序方 BCA 技术是本世纪初出现的一项以“信号放
法在病毒基因组测序 、进一步开发和完善检测技术 大”为基础的新型分子诊断技术。该技术的检测体
［48］
以应对病毒变异 ［49-50］ 的过程中发挥着重要作用。 系中包含AuNP和MNP两种纳米粒子，其中，表面带
目前，实时荧光PCR技术是核酸检测技术中的 有单克隆抗体（或单链 DNA）的 MNP 主要用于被检