DNA生物传感器

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1、一款电化学DNA生物传感器设计及在医学检验中的应用姓名：孟庆安班级：电子0809学号：u200817551邮件：qwermqa@163.com电话：15902790825.摘　要：本文设计了一款生物芯片化学DNA生物传感器。它将电化学方法的高灵敏度和DNA生物传感器的高度序列特异性结合起来。本文在介绍电化学DNA生物传感器原理的基础上，重点阐述其设计及在医学检验中的应用进展。关键词：电化学；DNA生物传感器；医学检验；进展。1．引言生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适

2、当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。本文介绍的DNA生物传感器是当前发展最迅速的基因检测方法之一，其应用范围广泛，包括传染病快速检验、疾病基因诊断、环境监测、食品安全、法医鉴定等。用于DNA生物传感器的检测技术包括荧光技术，石英晶体微天平，电化学发光，表面等离子共振光谱和电化学方法等。在这些方法中，电化学方法因其操作简单、特异性好、灵敏度高、检测费用低、易于微型化、可再生，并且不受样品中脂血、溶血情况干扰等优点而引起了人们的广泛关注。.2．总体方案和设计原理电化学DNA生物传感器的基本原理电化学DNA生物传感器是以DNA为敏感元件或检

3、测对象，将核酸分子特异性识别过程中产生的信号通过换能器转化为电信号，从而实现对核酸的定性或定量检测。首先将DNA探针固定到电极表面，由于探针与溶液中目的DNA之间的高度序列特异性，使得检测电极具有极强的分子识别能力。在适当温度、pH和离子强度条件下，已知序列的DNA探针与溶液中的目的DNA序列发生杂交，从而导致电极表面结构的变化，变化的情况可通过电化学杂交指示剂所引起电信号(如电压、电流或电导)的变化体现出来，可用循环伏安法、溶出伏安法、差分脉冲伏安法、交流阻抗等方法对电信号进行检测，进而对目的基因进行定性或定量分析。3.制备工艺设计（1）电极的修饰电化学DNA生物传感器常用的工作电极包括：

4、玻碳电极、金电极、铂电极、碳糊电极、石墨电极、氧化铟锡电极等。纳米材料由于其独特的光学、磁学、热学、电学及化学性质成为电极修饰的主要材料。其作用主要有：增加探针在电极表面的固定量；加速电子传递；从而增强传感器的响应信号、提高检测灵敏度。常用的纳米材料主要有碳纳米管、金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、复合纳米粒子等。其中复合纳米粒子的修饰性能比一般纳米粒子更好。Zhang等构建了基于复合钼硫碘纳米线的新型电化学传感器。钼硫碘纳米线是一种能显示出金属电导率($300K=2X10.S／m)的结构松散的束状平行线。导电性能更强，且因其易于在溶剂中分散成单分子的线状，反应面积更大，从而使得复合钼硫碘纳

5、米线更适于构建纳米级电子器件。（2）DNA探针的固定DNA探针的固定是电化学DNA生物传感器制作中的首要问题，探针的固定量和活性直接影响传感器的灵敏度。近年来常用的固定方法包括：①吸附法：该方法较简单，主要是利用DNA片段中带负电的磷酸骨架与带正电的固体基质表面的静电相互作用而将DNA固定在支持物上的，可直接或利用恒电位将探针吸附到电极表面。②生物素亲和素法：生物素与亲和素的结合具有专一、迅速和稳定的特点。Chu等用链霉亲和素一生物素与无垢薄膜组装结合固定DNA探针。通过严格控制薄膜的厚度和化学性质，嵌入其中的链霉亲和素便能够与生物素化的寡核苷酸探针特异结合，并防止其他物质的非特异吸附。③共

6、价结合法：这种固定化方法首先要在电极表面或探针上修饰一些活性官能团，如氨基、羧基等，通过这些官能团之问的共价作用固定探针。Li等将NH，-ssDNA序列成功地通过环氧化物／氨基耦合反应共价固定在用溶胶一凝胶技术和自组装技术直接耦合的金电极表面，构建出的电化学DNA生物传感器选择性好，且能再生。④自组装法：分子之间在平衡条件下，通过非共价键作用力自发聚集形成热力学稳定、结构确定、性能特殊的聚集体的过程称为自组装。通过分子的自组作用，在固体表面自然形成高度有序的单分子层膜。Hejazi等n在金电极表面自组装修饰包含1.4碱基肽核酸探针和6．巯基．1一己醇的单分子层膜，构建针对HCV病毒3a基因型

7、(pHCV3a)核心／El区目的基因的电化学DNA生物传感器。（3）DNA杂交的指示电化学DNA生物传感器通过电化学杂交指示剂将杂交信号转化为可测定的电信号指示DNA杂交，进而实现特定序列DNA的定性或定量分析。根据来源的不同，电化学杂交指示剂可分为内源型和外源型两类。内源型指示剂主要是指DNA分子中可被氧化还原而产生电化学信号的碱基，主要是指鸟嘌呤和腺嘌呤。外源型杂交指示剂又可根据与固定DNA之间的关系分为