滨州医学院公共卫生与管理学院的邵芙蓉、曹高芳^*、高志贤^*等人归纳DNAzyme生物传感主要原理和策略，对食品安全领域中DNAzyme生物传感技术的相关研究进行了综述，重点关注近3年来DNAzyme在食品安全检测领域的常见应用，并讨论这种生物传感技术在未来的发展趋势和值得探索的方向。

G四联体与血红素结合后可以形成一种模拟过氧化物酶的DNAzyme，而G四联体与其他类型的DNAzyme不同，不具有序列特异性，通常不必要经过精密的体外筛选过程来获得。G四联体-血红素复合形成的类过氧化物酶DNAzyme应用广泛，在多种测定中均能被用作比色式信号报告元件。此外，G四联体也能与一些荧光染料（包括卟啉类、噻唑橙类、硫磺素类等）结合形成荧光信号报告元件。

食源性疾病主要由致病性微生物引起，尤其是大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和副溶血性弧菌等。此外，随着耐药型食源性病原体的出现，抗生素耐药的食源性感染给食品安全和公共卫生造成巨大威胁，并进一步加重了经济社会发展的负担。针对食源性病原菌感染开发快速检测策略至关重要，大量基于DNAzyme的生物传感器已被成功用于食源性致病菌快速检测。

近期Wang Jiaqi等开发了一种基于搅拌棒富集和DNAzyme辅助点击化学反应的超灵敏微流控免疫传感器，能实现对金黄色葡萄球菌的即时检测。在最佳条件下，该免疫传感器对金黄色葡萄球菌的检测限为3 CFU/mL，检测范围为10～2.5×10⁴ CFU/mL。

单核细胞增生李斯特菌是最常见的食源性致病菌之一，可以导致腹泻、败血症和脑膜炎。其具有低温抗性，可在低至0～4 ℃的冷藏温度下生长，是冻肉、冰淇淋、即食食品等冷冻食品的重要污染物。Chen Qiming等结合LAMP和DNAzyme级联催化作用开发了一种原位信号放大电化学技术，用于无标记检测单核细胞增生李斯特菌。其阳性结果可通过颜色变化进行判读，并可通过电化学方法进一步定量分析，该方法的检出限为6.8 CFU/mL，对52.5～5.25×10⁴ CFU/mL的细菌检测灵敏度良好。

赭曲霉毒素中以OTA毒性最大，具有致畸性、致癌性和致突变性，被归类为2B类致癌物。近期，Zhang Xiaobo等将金纳米团簇生长在由ZIF-8金属有机框架（MOFs）衍生的多孔碳上，形成纳米固相载体，并相继通过金硫键修饰和核酸杂交在纳米载体固化OTA特异性适配体和互补DNA（cDNA），此核酸杂交双链结构还对血红素起到“看门人”作用。由于DNAzyme具备电子传递功能和类过氧化物酶活性，该团队建立了一种双模式纸基分析装置，在1 pg/mL～500 ng/mL和50 pg/mL～500 ng/mL范围内，可实现对OTA的高灵敏电化学检测和可视化检测。

3.4 真菌毒素多重检测

如图2所示，Pan Jiafeng等基于催化发夹自组装（CHA）和DNAzyme切割活性建立真菌毒素检测传感系统，在最佳条件下对OTA、AFB₁、ZEN的检出限分别为0.2、0.13、0.17 pmol/L，并具有较好的特异性和灵活性。该团队进一步以OTA、AFB₁、ZEN作为输入元件，以0和1编码真菌毒素，通过“AND-INHIBIT” “INHIBIT-OR”“OR-AND”和“OR-INHIBIT”逻辑运算， 构建了多串联分子逻辑门。该分子逻辑门具有多种功能，为真菌毒素的多重检测提供了一种通用的传感策略。

针对DNAzyme易受环境中核酸酶消化以及生物稳定性不足等问题，研究人员通过将核酸底物和DNAzyme整合到单链序列中，并进行环化改造形成闭环的DNAzyme。这种环状DNAzyme由于其形成稳定的分子内双链和封闭的结构对核酸酶消化具有优异的抗性，并可以在更宽的温度、盐浓度和pH范围内发挥切割活性。该研究将这种环状DNAzyme配合末端脱氧核苷酸转移酶TdT生成G四联体，建立了一种用于Pb^2＋定量检测的无标记比色传感平台（图3），检出限为0.085 nmol/L；进一步引入酶切循环扩增以提高信号放大效率，可使传感器的检出限达到0.0015 nmol/L。

Tang Yue等提出了一种基于G四联体型DNAzyme的超灵敏比色生物传感器，用于四环素、土霉素、金霉素和多西环素等四环素类抗生素的高灵敏快速检测。由于血红素和G四联体组成的DNAzyme具有类过氧化物酶催化活性，而四环素可以与血红素结合形成稳定的络合物降低DNAzyme催化活性，使得显色反应受到抑制。该比色型生物传感器对四环素的检测限为3.1 nmol/L，在实际样品中对四环素的平均回收率为89%～99%。另有研究结合Mg^2＋依赖的DNAzyme和CHA等温扩增技术，建立了乳品中四环素的无酶双扩增高灵敏检测方法。

Yao Yao等报道了一种多重级联扩增DNAzyme比色式传感器，用于卡那霉素的超灵敏检测。Zhou Wenjiao等开发了基于引物交换反应（PER）信号放大技术和Mg^2＋依赖DNAzyme的无标记、高灵敏度的牛奶样品中卡那霉素荧光检测平台。Xie Yiming等将核酸外切酶III催化的Zn^2＋依赖DNAzyme释放与DNAzyme驱动的链置换反应相结合，建立了一种用于卡那霉素检测的新型比色生物传感器。

近年来基于DNAzyme生物传感器已被开发用于超灵敏检测有机磷农药（OPs）。基于核酸外切酶辅助的双信号级联扩增和DNAzyme自组装，研究人员构建了一种用于马拉硫磷超敏检测的无标记化学发光传感器。Fu Ruijie等结合DNAzyme和CRISPR/Cas12a技术开发了高灵敏的酶抑制法OPs荧光检测方法。该方案设计了一种双酶级联反应激活CRISPR/Cas12a系统，包括AChE介导的MnO₂纳米片降解生成Mn^2＋和Mn^2＋激活DNAzyme切割活性。

本文综述了基于DNAzyme功能元件的生物传感设计策略，重点介绍了DNAzyme生物传感在食源性致病菌、真菌毒素、重金属离子、抗生素、OPs等食品污染成分检测方面的最新进展。DNAzymes的催化活性依赖于核酸序列、三维构象以及相应的辅助因子，而其催化的化学反应包括RNA切割、DNA切割、DNA或RNA连接、DNA磷酸化以及基于G四联体的类过氧化物酶反应。在巧妙设计下，DNAzyme可以通过构象变化和级联反应完成信号的传导和放大，使其在作为生物传感器时可以进行高灵敏的检测。此外，DNAzymes还具有良好的热化学稳定性、易于分子修饰、合成成本低廉等优点，方便与核酸扩增等信号放大手段配合，也易集成到比色法、荧光法和电化学法等分析报告系统中。这些优势使DNAzyme传感非常适合建立简单便携的检测设备，如手持式阅读器、侧流层析装置、纸基微流控等。综上所述，多种基于DNAzyme的生物传感器已成功应用于食品安全检测，其在实际应用中的灵敏度、特异性和可行性在发展中也大幅提高。开发食品包装内传感器应用前景广阔，有望实现不需要打开包装而输出易于检测的污染或变质信号，这种柔性包装上反映食品安全和新鲜的动态指标将可能打破食品安全对固定、粗略保质期的依赖。在当前食品安全领域，针对多种真菌毒素混合污染的多重检测仍是一个重要挑战。考虑到DNAzyme在合适设计下能够一并发挥分子识别、信号转导、信号放大多种功能，最近研究人员结合DNA逻辑门等策略开发了用于真菌毒素多重检测的DNAzyme传感器，这些研究为实现灵活的多重检测提供了通用方案，有望在更多目标物和更多领域扩展研究和应用。将DNAzyme和核酸底物整合成单链闭环的DNA探针使DNAzyme能够抵抗环境中的核酸酶消化。此外，将DNAzymes结构改造成三维形式，也可能不依赖化学修饰而提高固相对DNAzymes的吸附，抑制非特异性蛋白吸附而提高信噪比。

尽管近年来DNAzyme生物传感取得了巨大进步，但很少有报道这类传感器达到酶或抗体传感器的商业化水平。为了满足对真实样品的实际检测需求，DNAzyme生物传感技术仍存在一些难点亟待解决：1）虽然DNAzymes能够在较宽泛的条件下保存，但大多数报道的DNAzymes实际酶活性受离子浓度、缓冲体系、pH值和温度等因素影响较为显著；2）对于需要使用有机溶剂前处理食物样品的检测目标物，DNAzymes对有机溶剂的耐受性仍相对不足；3）在许多DNAzyme传感策略中，DNAzymes需要固定在固相界面上，因而不同批次的固定化效果差异以及非特异性吸附问题等会直接影响整体 催化模块的响应性能或者产生相应的测量误差；4）食品安全快速检测的操作环境一般较少排除环境核酸酶的影响，耐受环境核酸酶的DNAzymes还相对较少；5）大多数DNAzymes的催化活性相对不足，难以满足快速、高灵敏检测需求；6）对于食源性致病菌选择性适体酶，选择性区分致病菌、非致病菌甚至耐药菌仍存在挑战，已获得的这类DNAzymes的数量仍难以满足食源性致病菌的多重检测实际需求。针对这些DNAzyme传感应用的难点问题，较为根本的解决办法指向DNAzymes的人工筛选阶段，使用更低的目标浓度和更短的反应时间以及更严格、更先进的体外筛选体系可能是未来发展趋势；另一方面，为DNAzyme修饰额外的官能团也可能直接提高其催化活性或其他功能。此外，针对食物样品复杂基质的配套前处理技术和配套工作缓冲体系对于DNAzyme传感器的商业化也至关重要。随着对DNAzyme传感技术和检测装置的不断发展，其他如样本采集、样品预处理、多路复用等功能也会逐渐被集成，基于DNAzyme生物传感小型检测设备有望在未来加快实现商业化。