综述：基于核酸扩增技术和功能性核酸的化学发光传感器

《Journal of Luminescence》：Chemiluminescent sensors based on nucleic acid amplification techniques and functional nucleic acids

核酸扩增技术（NAATs）与功能核酸（FNAs）的创新整合显著提升了化学发光（CL）检测的灵敏度和特异性，为生物医学、食品安全及环境监测提供高效解决方案。

　　

黄荣贤|张航|李启光|张恒|梁亚茹|滕旭

广州医科大学附属清远医院（清远人民医院）实验室医学系，中国清远511518

摘要

近年来，核酸扩增技术（NAATs）和功能核酸（FNAs）通过特定的识别和级联扩增机制，有效富集并转导了微量核酸生物标志物。它们与化学发光（CL）传感系统的创新结合显著提高了检测系统的灵敏度和特异性。作为一项强大的分析技术，CL具有高灵敏度、宽动态范围、本底信号低以及抗自荧光干扰的优点。本文系统地描述了几种基于NAATs和FNAs的常用CL技术，阐明了其机制和性能特点，特别强调了基于NAATs和FNAs的CL技术的新构建策略。此外，我们还概述了基于NAATs和FNAs的CL技术在生物医学、食品安全和环境污染检测领域的最新进展。最后，简要讨论了基于NAATs和FNAs的CL技术的优势与局限性，并对其未来发展方向提供了见解。

引言

随着生物医学检测和即时检测（POCT）的快速发展，对检测标志物准确性的要求越来越高[1]。传统的比色法受到可见光检测范围狭窄和背景吸收干扰的限制。电化学发光（ECL）常因电极制备和预处理的繁琐步骤而受到阻碍[2]。此外，荧光技术还存在光漂白和背景干扰的问题[3,4]。这些限制阻碍了高效精确检测目标的实现。为了克服传统光学检测方法的固有缺陷，化学发光（CL）作为一种强大的分析方法应运而生，因其极高的灵敏度、操作简便、无需外部光源激发、出色的信噪比和最小的背景干扰而受到越来越多的关注[[5], [6], [7], [8], [9], [10]]。自20世纪20年代合成鲁米诺以来，CL技术已被用于检测核酸[11,12]、蛋白质[6,13]和小分子[[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。CL是一种在化学反应过程中通过化学激发产生光的现象。当这些化学分子返回基态时，会释放光子，从而产生可测量的光[16,17]。当CL供体和受体分子足够接近（小于10纳米）时，从供体到受体的非辐射共振能量转移被称为CRET，这可以延长发射波长并增强穿透深度。然而，传统CL技术的灵敏度仍不足以检测低浓度的生物分析物，其检测范围也有限。因此，迫切需要进一步提高CL技术的灵敏度。

基于沃森-克里克原理，核酸可以通过识别互补序列形成高度有序的DNA结构[19]。通过分子设计改造的核酸信号扩增技术（NAATs）和功能核酸（FNAs）已成功集成到CL传感系统中。这些基于核酸的平台实现了精确的目标识别、级联扩增和催化信号转导，显著提高了CL检测的灵敏度和特异性。FNAs由于其可编程性、催化多功能性和多目标分析潜力，已成为CL传感器中的识别和转导元件[20]。这些特性使FNAs能够克服传统CL系统的固有局限，扩展了可检测分析物的多样性。基于NAATs和FNAs的CL技术扩展了目标识别的范围，包括核酸、蛋白质和多种其他生物目标。聚合酶链反应（PCR）由于需要热循环和操作复杂性与CL传感器不兼容。相比之下，NAATs在恒温条件下运行，具有更好的生物相容性，并能与CL系统集成，实现灵敏且经济的检测。NAATs主要分为两类：酶辅助核酸扩增（EAATs）和无酶核酸扩增（ENATs）[21]。EAATs因具有显著的扩增效率而在CL生物传感和微量分析物检测中得到广泛应用。然而，这种效率严重依赖于酶活性，这在细胞递送方面带来了挑战[17,18]。相比之下，ENATs无需酶催化即可独立运行，通常在约37°C下表现最佳。其灵活的发夹结构确保了在生理条件下的稳定性能，使其特别适合活细胞分析和CL成像[19,20]。

近年来，关于NAATs和FNAs的综述很多[22]，但基于NAATs和FNAs的CL技术的系统总结相对较少[16]。本文分析了基于NAATs和FNAs的各种CL技术的工作原理及其协同增强策略（图1），并描述了这些技术在生物医学诊断、环境污染和食品安全领域的创新应用，旨在为基于NAATs和FNAs的CL技术的进一步发展和应用提供新的见解。

节选内容

核酸介导的CL传感策略

在传统的CL分析中，可检测的目标通常限于直接参与发光反应的物质，如反应物和催化剂。当分析物不直接参与发光过程时，必须通过复杂的耦合反应进行间接检测，这导致程序复杂且灵敏度较低[8]。FNAs通过精确的分子识别和催化作用，将生化信息转化为

基于NAATs和FNAs的CL传感器的应用

近年来，基于NAATs和FNAs的CL传感器在生物医学领域得到了广泛应用。作为NAATs和FNAs的信号输出方法，CL具有高灵敏度、高特异性、低成本和低背景干扰[5]。本节总结了基于NAATs和FNAs的CL技术在生物医学、食品安全和环境保护中的应用。表1汇总了过去五年中基于NAATs和FNAs的CL传感器。

结论

近年来，在基于NAATs和FNAs的CL技术的构建和应用方面取得了显著进展。本文系统总结了基于NAATs和FNAs的CL技术的最新发展，概述了其原理和分类。同时，我们也详细总结了基于NAATs和FNAs的CL技术在目标检测中的应用。CL技术因能够克服传统方法的局限性而受到越来越多的关注

作者贡献声明

黄荣贤：撰写——初稿。张航：正式分析。李启光：资源准备。张恒：正式分析。梁亚茹：撰写——初稿，资源准备。滕旭：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，资金申请。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515220068）、广东省医学科学技术基金会（A2025274）以及广州医科大学的科学研究提升计划（2024SRP198）的支持。