CN114807147B - 黄曲霉毒素b1的核酸适配体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体及其应用。所述核酸适配体包含SEQ ID No.3所示的核苷酸序列。所述核酸适配体可以通过SELEX法筛选获得。本发明提供的黄曲霉毒素B1的核酸适配体能够高效特异地结合黄曲霉毒素B1,尤其是与黄曲霉毒素B1作用后有明显的荧光增强效果,而且基于所述黄曲霉毒素B1核酸适配体所设计的黄曲霉毒素B1的检测试剂盒、传感器、检测系统及检测方法等操作简单方便,成本低廉,能实现定性、定量检测,检测结果准确性高,检测精度好,在食品污染物检测等领域有广阔的应用前景。

Description

黄曲霉毒素B1的核酸适配体及其应用
技术领域
本发明涉及一种核酸适配体(aptamer),具体涉及一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体、其筛选方法及其应用,例如在检测黄曲霉毒素B1中的用途,属于生物技术领域。
背景技术
核酸适配体是通过指数富集的配体系统进化技术(SELEX)从人工合成的核酸文库中在体外筛选得到的与特定靶分子能够高亲和力结合的单链寡核苷酸(单链DNA或RNA)。适配体可以形成特定的二级或者三级结构,如发夹结构(hairpin)、茎环结构(stem-loop)、G四链体(G-quadruplex)等,主要是通过氢键,形状的匹配,芳香环的堆积作用,静电和疏水相互作用以及范德华力等各种相互作用特异性地识别靶标分子。1990年,Tuerk和Gold以及Ellington和Szostak几乎同时报道了SELEX技术,经过近30年的发展,目前已有数千种靶标的适配体被筛选出来,包括金属离子,有机分子,氨基酸,蛋白质,病毒,细菌和完整的细胞等。这些适配体已广泛应用于生物分析、食品安全和环境监测、诊断和临床治疗等领域。
黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉产生的剧毒的次生代谢产物。据报道,黄曲霉毒素是高度稳定的天然霉菌毒素。黄曲霉毒素进入人体或动物体内后显示出强烈的毒性,并可能导致出血、脂肪变性、胆管增生和肝癌。因此,食品中黄曲霉毒素的检测已成为研究人员的研究热点。在各种黄曲霉毒素中,黄曲霉毒素B1(AFB1)最常见,因为它具有阻断细胞RNA合成的能力,并大大增加了人和动物肝硬化、坏死和致癌的风险。世界卫生组织(WHO)的国际癌症研究机构(IARC)将其归类为I类致癌物。黄曲霉毒素B1主要污染花生、玉米、大米、小麦、花生油以及其他谷物和油类。例如,根据中国的规定,玉米、花生和花生油中黄曲霉毒素B1的限量标准为20μg/kg。研究者们已经开发了许多用于定量检测黄曲霉毒素B1的技术,例如高效液相色谱(HPLC),液相色谱与质谱联用(LC-MS)和薄层色谱(TLC)。尽管这些方法非常成熟,但由于操作繁琐,检测周期长,样品预处理复杂,设备昂贵以及携带不便等原因而阻碍应用。近年来,研究者们已经开发了基于抗体的免疫吸附测定法检测黄曲霉毒素的方法。然而,这些使用抗体作为识别分子的方法价格昂贵,不稳定并且容易产生假阳性检测结果。因此,开发低成本、高灵敏度的方法来检测食品和相关产品等实际样品中的黄曲霉毒素B1尤为紧迫和重要。
随着生物技术的最新发展,核酸适配体已被广泛用于生物传感器中。在分析和诊断领域,核酸适配体与传统抗体相比具有许多优势,包括制备方便,特异性强,稳定性高,易于修饰,亲和力强和靶分子范围广。作为新兴的生物标志物探针和识别分子,它被广泛用于生物传感器的构建,并且在疾病的诊断和治疗,蛋白质组学研究,生物传感和毒素传感,微生物检测等其他领域均有应用。随着与适配体的不断结合和改进,快速的生物毒素检测技术将更加便携、稳定和高效,具有巨大的优势。适配体传感器被认为是一种定量检测黄曲霉毒素B1的新兴方法,具有很高的选择性和灵敏度。目前利用这种方法进行检测已有一些相关报道,但是制约其发展的关键仍然是满足实际应用要求的核酸适配体太少。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体及其应用,以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例提供了一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体,其包含SEQ ID No.3所示的序列。
本发明实施例还提供了一种用于检测黄曲霉毒素B1的探针对,其包括荧光素标记的第一探针和淬灭剂标记的第二探针,所述第一探针包含SEQ ID No.3所示的核苷酸序列,所述第二探针包含与第一探针的部分核苷酸序列反向互补的核苷酸序列,并且当所述第一探针与第二探针杂交时,所述淬灭剂能够将荧光素的荧光淬灭。
本发明实施例还提供了一种检测试剂或试剂盒,其包括所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
本发明实施例还提供了一种荧光生物传感器,其包括所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
本发明实施例还提供了一种检测系统,其包括:
所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对;以及
荧光检测设备,其至少用于检测所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体或所述用于检测黄曲霉毒素B1的探针对在与含有黄曲霉毒素B1的待测样品共同孵育前后的荧光强度变化。
本发明实施例还提供了一种黄曲霉毒素B1的检测方法,其包括:将所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对与待测样品共同孵育,并检测共同孵育前后的荧光强度变化,从而实现对待测样品所含黄曲霉毒素B1的检测。
本发明实施例还提供了一种筛选所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体的方法。
与现有技术相比,本发明以上实施例所提供的技术方案的优点至少包括:
1)筛选出的一种黄曲霉毒素B1核酸适配体能够高效特异的结合靶分子黄曲霉毒素B1,尤其是与黄曲霉毒素B1作用后有明显的荧光增强效果;
2)基于所述黄曲霉毒素B1核酸适配体所设计的黄曲霉毒素B1的检测试剂盒、传感器、检测系统及检测方法操作简单方便,成本低廉,能实现定性和定量检测,检测结果准确性高,检测精度好。
附图说明
图1是本发明一典型实施方式中利用SELEX方法筛选黄曲霉毒素B1的核酸适配体的示意图;
图2是本发明一典型实施方式中基于黄曲霉毒素B1的核酸适配体设计的黄曲霉毒素B1检测传感器的原理示意图;
图3是本发明实施例1中所筛选的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体AF11-1对黄曲霉毒素B1荧光作用的亲和力数据图;
图4是本发明实施例2中一种荧光生物传感器与黄曲霉毒素B1作用的荧光响应曲线图;
图5a是本发明实施例2中一种荧光生物传感器检测黄曲霉毒素B1的响应荧光强度图;
图5b是本发明实施例2中一种荧光生物传感器检测黄曲霉毒素B1的线性关系图;
图6是本发明实施例2中一种荧光生物传感器检测黄曲霉毒素B1及其他霉菌毒素的效果比较图。
具体实施方式
如前所述,鉴于现有技术存在的诸多缺陷,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出了本发明的技术方案,如下将予以更为具体的说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本说明书使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明实施例的一个方面提供的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体包含SEQ IDNo.3所示的序列。
在一些实施方案中,所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体具有SEQ ID No.1或SEQ IDNo.2或SEQ ID No.3所示的序列。较为优选的,所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体的序列SEQID No.2或SEQ ID No.3所示。
在本发明的一个具体实施方案中,可以通过改良的核酸适配体筛选(SELEX)方法分离出所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体序列。请参阅图1所示,该筛选方法可以包括以下步骤:
(1)将链霉亲和素标记的琼脂糖树脂加入到空柱中,静置沉降,然后用400μl筛选缓冲液洗5次;
(2)将1nmol ssDNA库和生物素标记的捕获链按1:2摩尔比杂交,在95℃水浴中加热5min,然后自然冷却至室温。将上述杂交后的ssDNA库与亲和柱孵育(重复过柱约3次),固定到亲和柱上;
(3)先用SELEX缓冲液洗脱游离的以及结合能力差的序列,再用200μmol/L黄曲霉毒素B1溶液洗脱3次,每次孵育约5分钟,得到与黄曲霉毒素B1特异性作用的富集库;
(4)将富集到的DNA序列进行PCR扩增得到第二轮的筛选文库200pmol,反复进行直到得到富集效果很好的ssDNA文库;
(5)对最终得到的DNA序列进行克隆,测序,并分析序列的二级结构,优化序列,获得优化的黄曲霉毒素B1的核酸适配体。
进一步的,所述ssDNA库两端引物序列固定,中间有多个(例如30~33个)随机碱基。例如,较为优选的,所述ssDNA库的序列如SEQ ID No.6所示,即:
5’-GGAGGCTCTCGGGACGAC-n30-GTCCCGATGCTGCAATCGTAAGAAT-3’,其中n为随机碱基。
进一步的,所述生物素标记的捕获链与ssDNA库有多个(例如,15~18个)碱基互补。例如,较为优选的,所述捕获链的序列如SEQ ID No.7所示,即:
5’-GTCGTCCCGAGAGCCATA-3’。
因而,DNA杂交文库在琼脂糖树脂上的固定可以是依赖链霉亲和素与生物素的特异性作用。
进一步的,该具体实施方案筛选得到的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体的序列为:
5’-GGAGGCTCTCGGGACGACCAAATTGAGAGGCACAATCAACTGCGGGGCGTCCCGATGCTGCAATCGTAAGAAT-3’。
通过对前述核酸适配体的序列进行优化,可以得到序列缩短的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体,具体为:
5’-CGGGACGACCAAATTGAGAGGCACAATCAACTGCGGGGCGTCCCG-3’。
通过对前述核酸适配体的序列再进一步优化,可以得到序列缩短的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体,具体为:
5’-ACGACCAAATTGAGAGGCACAATCAACTGCGGGGCGT-3’。
进一步的,前述黄曲霉毒素B1的核酸适配体均可以高效特异的结合靶分子黄曲霉毒素B1,与黄曲霉毒素B1作用后的荧光增强效果有很明显的优势,因此可以为生物传感器的设计提供新的研究平台。
本发明实施例的另一个方面提供的一种用于检测黄曲霉毒素B1的探针对包括荧光素标记的第一探针和淬灭剂标记的第二探针,所述第一探针包含SEQ ID No.3所示的核苷酸序列,所述第二探针包含与第一探针的部分核苷酸序列反向互补的核苷酸序列,并且当所述第一探针与第二探针杂交时,所述淬灭剂能够将荧光素的荧光淬灭。
在一些实施方案中,所述第一探针、第二探针分别具有如SEQ ID No.4、SEQ IDNo.5所示的核苷酸序列。
进一步的,所述第一探针的核苷酸序列具体为:
5’-ATTCGCGACGACCAAATTGAGAGGCACAATCAACTGCGGGGCGTCG-3’。
进一步的,所述第二探针核苷酸序列具体为:
5’-GGTCGTCGCGAAT-3’。
在一些较为具体的实施方案中,如图2所示,利用所述探针对进行黄曲霉毒素B1含量检测的原理包括:黄曲霉毒素B1的核酸适配体作为第一探针标记了羧基荧光素(FAM),而第二探针修饰了Dabcyl淬灭基团。当没有黄曲霉毒素B1存在时,第一探针和第二探针杂交形成探针复合物,会导致FAM和Dabcyl淬灭基团非常接近,在这种情况下,FAM的荧光高效地淬灭。而加入黄曲霉毒素B1后,会诱导第一探针发生结构转换,从而黄曲霉毒素B1和第一探针结合。因此,第二探针与第一探针解杂交,第一探针的荧光恢复。
本发明实施例的另一个方面提供的一种试剂盒包括所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
本发明实施例的另一个方面提供的一种荧光生物传感器包括所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
本发明实施例的另一个方面提供的一种检测系统包括:
所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对;以及
荧光检测设备,其至少用于检测所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体或所述用于检测黄曲霉毒素B1的探针对在与含有黄曲霉毒素B1的待测样品共同孵育前后的荧光强度变化。
本发明实施例的另一个方面提供的一种黄曲霉毒素B1的检测方法包括:将所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对与待测样品共同孵育,并检测共同孵育前后的荧光强度变化,从而实现对待测样品所含黄曲霉毒素B1的检测。
本发明以上实施例利用SELEX法筛选出黄曲霉毒素B1的核酸适配体,并利用所述核酸适配体与黄曲霉毒素B1结合前后的荧光变化设计了荧光生物传感器,并藉此实现了简单、高效、高选择性的黄曲霉毒素B1含量检测,能够为食品污染物检测提供有效的帮助。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解,这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。以下实施例中所用试剂和原料均市售可得,而其中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或者按照各制造商所建议的条件。又及,除非另外说明,本发明中所公开的实验方法、检测方法、制备方法均采用本技术领域常规的生物化学、分子生物学、分析化学及相关领域的常规技术。
实施例1采用如下方法对本发明的一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体(序列如SEQID No.2所示,定义为适配体AF11-1,如下也简称适配体)的亲和力进行测试。具体步骤如下:
将浓度为0、0.1、0.3、0.5、0.75、1.0、5μmol/L的适配体分别溶于多个试剂管内的筛选缓冲液中,95℃加热5min,之后缓慢冷却至室温。各试剂管中分别加入0.5μmol/L黄曲霉毒素B1,体系终体积为100μL。将各试剂管中的各组分涡旋混匀,室温下孵育1h后,测量在365nm激发光下的荧光光谱,在室温下记录在380nm-650nm的荧光发射光谱,激发光及发射光的狭缝宽度设置为10nm。最终所获适配体AF11-1的加入浓度与黄曲霉毒素B1荧光强度变化情况曲线如图3所示。使用GraphPad Prism 5软件模拟亲和力实验的解离常数(Kd),获得的适配体AF11-1的解离常数为0.46±0.17μmol/L。
实施例2采用如下方法对基于黄曲霉毒素B1的核酸适配体设计的荧光传感器的荧光增强效果、灵敏度和特异性进行测试,具体步骤如下:
(1)分别配制终浓度为50nM荧光适配体(即前述第一探针,定义为FAM-AF11-1,其核苷酸序列如SEQ ID No.4所示,且5’端修饰有羧基荧光素基团)及50nM淬灭互补链(即前述第二探针,定义为Dabcyl-11,其核苷酸序列如SEQ ID No.5所示,且3’端修饰有Dabcyl淬灭基团),在体系中分别加入、不加入5μmol/L黄曲霉毒素B1,记录在485nm激发光下,500nm-650nm的荧光发射光谱图,激发光和发射光的狭缝宽度都设置为10nm。测试结果如图4所示。可以看到,荧光适配体与互补淬灭链杂交后,FAM-AF11-1的荧光强度下降到非常低的水平;在加入黄曲霉毒素B1并充分孵育后,该体系的荧光强度明显增强;而黄曲霉毒素B1本身对适配体的荧光信号干扰非常小。此外,结果也说明了荧光基团(FAM)没有干扰黄曲霉毒素B1的核酸适配体的原始识别特性。
(2)分别配制终浓度约0、0.01、0.025、0.05、0.075、0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、2.0、5.0、10.0μmol/L的黄曲霉毒素B1与50nM前述荧光适配体及50nM前述互补淬灭链的混合溶液,以485nm波长为激发光,检测荧光的变化,背景为未加黄曲霉毒素B1的50nM荧光适配体及50nM互补淬灭链的混合溶液,得到所获荧光生物传感器检测黄曲霉毒素B1的荧光增强效果变化图。结果如图5a-图5b所示,荧光强度随着增加而增加,荧光强度与黄曲霉毒素B1浓度在100-1000nM范围内呈线性关系,通过GraphPad Prism 5软件模拟的公式为F=1156C+2054(R2=0.9976),其中F是荧光强度,C为黄曲霉毒素B1的浓度。该方法的检测限按3δ/斜率(δ,空白样品的标准偏差)计算为42nM。
(3)将50nM前述荧光适配体和50nM前述互补淬灭链经退火后杂交,加入5μmol/L黄曲霉毒素B1(AFB1)或5μmol/L其它霉菌毒素(分别是黄曲霉毒素M1(AFM1)、赭曲霉毒素(OTA)、呕吐毒素(DON)、蛇形毒素(DAS)),体系终体积为100μL,涡旋混匀,室温下孵育1h后,记录在485nm激发光下的荧光光谱。结果如图6所示,只有黄曲霉毒素B1诱导荧光显著增强,从结果中不难发现,黄曲霉毒素M1也有程度较低的荧光恢复情况。可能的原因是黄曲霉毒素M1是黄曲霉毒素B1的类似物,结构非常相似,因此也有相对较弱的亲和力,而其它毒素均没有明显变化,可见对其它霉菌毒素具有良好的选择性。
实施例3从超市购买花生油作为样品进行检测。将4g样品分散在20ml石油醚中,置于分液漏斗中。然后加入20ml甲醇/水(体积比为55∶45)溶液以充分摇动。静置分层后,将下层收集在蒸发皿中,再用5ml甲醇/水溶液再次萃取。然后,用旋蒸仪蒸发干燥。蒸发后,用结合缓冲液溶解干燥的残留物,作为试样。将不同浓度的黄曲霉毒素B1添加到试样中,使其最终浓度为100、400、600、1000nmol/L,将其作为实施例1或实施例2检测方法的真实样品。检测结果如表1所示。
表1实际样品(花生油)中加标检测(n=3)a
a三次实验的平均值
本案发明人还参考国标GB2761-2014等规定的方法对前述花生油样品中的黄曲霉毒素B1含量进行了测试,亦获得了基本相同的结果。这可以证明本发明实施例所提供的检测方法的有效性。
应当理解,以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
序列表
<110>中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
<120>黄曲霉毒素B1的核酸适配体及其应用
<160>7
<170>patentin version 3.5
<210>1
<211>73
<212>DNA
<213>人工序列
<400>1
ggaggctctcgggacgaccaaattgagaggcacaatcaactgcggggcgtcccgatgctgcaatcgtaagaat
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<212>DNA
<213>人工序列
<400>2
cgggacgaccaaattgagaggcacaatcaactgcggggcgtcccg
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<211>37
<212>DNA
<213>人工序列
<400>3
acgaccaaattgagaggcacaatcaactgcggggcgt
<210>4
<211>46
<212>DNA
<213>人工序列
<400>4
attcgcgacgaccaaattgagaggcacaatcaactgcggggcgtcg
<210>5
<211>13
<212>DNA
<213>人工序列
<400>5
ggtcgtcgcgaat
<210>6
<211>73
<212>DNA
<213>人工序列
<400>6
ggaggctctcgggacgacnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnngtcccgatgctgcaatcgtaagaat
<210>7
<211>18
<212>DNA
<213>人工序列
<400>7
gtcgtcccgagagccata
序列表
<110> 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
<120> 黄曲霉毒素B1的核酸适配体及其应用
<160> 7
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 73
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 1
ggaggctctc gggacgacca aattgagagg cacaatcaac tgcggggcgt cccgatgctg 60
caatcgtaag aat 73
<210> 2
<211> 45
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 2
cgggacgacc aaattgagag gcacaatcaa ctgcggggcg tcccg 45
<210> 3
<211> 37
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 3
acgaccaaat tgagaggcac aatcaactgc ggggcgt 37
<210> 4
<211> 46
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 4
attcgcgacg accaaattga gaggcacaat caactgcggg gcgtcg 46
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<211> 13
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 5
ggtcgtcgcg aat 13
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<211> 73
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 6
ggaggctctc gggacgacnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnngt cccgatgctg 60
caatcgtaag aat 73
<210> 7
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(人工序列)
<400> 7
gtcgtcccga gagccata 18

Claims (6)

1. 一种黄曲霉毒素B1的核酸适配体,其特征在于:它的核苷酸序列如 SEQ ID No.1、SEQ ID No.2或SEQ ID No.3所示。
2. 一种用于检测黄曲霉毒素B1的探针对,其特征在于,包括荧光素标记的第一探针和淬灭剂标记的第二探针,所述第一探针、第二探针的核苷酸序列分别如SEQ ID No.4、SEQID No.5所示,当所述第一探针与第二探针杂交时,所述淬灭剂能够将荧光素的荧光淬灭。
3.一种试剂盒,其特征在于包括权利要求1所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者权利要求2所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
4.一种荧光生物传感器,其特征在于包括权利要求1所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者权利要求2所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对。
5. 一种检测系统,其特征在于包括:
权利要求1所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者权利要求2所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对;以及
荧光检测设备,其至少用于检测所述黄曲霉毒素B1的核酸适配体或所述用于检测黄曲霉毒素B1的探针对在与含有黄曲霉毒素B1的待测样品共同孵育前后的荧光强度变化。
6.一种黄曲霉毒素B1的检测方法,其特征在于包括:将权利要求1所述的黄曲霉毒素B1的核酸适配体或者权利要求2所述的用于检测黄曲霉毒素B1的探针对与待测样品共同孵育,并检测共同孵育前后的荧光强度变化,从而实现对待测样品所含黄曲霉毒素B1的检测。
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