dna电化学生物传感器的研究与应用

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1、第30卷第9期四川兵工学报2009年9月XDNA电化学生物传感器的研究与应用123谢灵珠,杨涛,包小林(1.海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266042;2.青岛科技大学,山东青岛266042;3.青岛海军潜艇学院,山东青岛266000)摘要:介绍了DNA电化学生物传感器的原理和特点,对DNA探针固定、杂交的指示的研究设计进展进行了综述,并对其在生物武器、基因疾病诊断、体外药物分析和筛选及环境检测进行了展望.关键词:DNA电化学生物传感器;生物电化学分析中图分类号:TJ6文献标识码:A文章编号:1006-0707(2009)09-0119-06脱氧核糖核酸(

2、DNA)是遗传信息的载体,具有存储和需要指出的是,DNA非常适合做生物传感之用,因为传递信息的功能.对于核酸的分析在生物化学和生物分子互补碱基对之间的相互作用是特异性的,而且结合强烈,学中具有极其重要的意义,但随着基因工程技术的飞速发用单原子、功能基团或长侧链修饰过的核苷酸也可以进行展,传统的生化分析方法已不能满足其分析测试的需要.碱基配对,这对于设计非放射性的传感器非常重要.同时因此许多交叉学科的分析手段在生命科学领域的应用便DNA电化学传感方式可以分为:直接DNA电化学、间接引起了广泛关注.DNA电化学生物传感器就是代表这种思DNA电化学、DNA特定的氧化

3、还原的指示检测、纳米粒子想的一种崭新的技术构思,这类传感器凭借生物体内物质的电化学放大、以DNA为媒介的电子传递等方式,这几种[2]间的特异性亲和力能够快速、直接地识别特定序列的方式各有优缺点(见表1),Deummond等人曾对此有详细DNA,既具有选择性好、种类多、测试费用低及适合联机化的论述.的优点,又具有电化学分析中简便、快速、灵敏的特点.DNADNA电化学生物传感器的基本元件包括一个分子识电化学生物传感器在生物武器、遗传工程、环境检测和临别层和一个换能器.一条单链DNA探针序列被固定在电极床医学等领域具有重要的应用价值,采用生物传感器测定上形成识别层,

4、DNA探针是此类传感器的生物敏感元件,DNA序列经过十几年的发展已成为电化学分析中的热点,它是单链DNA片段或整链,长度从十几个到上千个核苷酸许多课题组正致力于研究微型化高灵敏度的DNA传感器.不等,一般使用已被公认的可以识别出待测序列所需的最短序列,其碱基序列与被测DNA片段的碱基互补;换能器1DNA电化学生物传感器的基本原理和结构即是杂交指示体系,它的功能是将DNA杂交信息转化为电压、电流或电导等可以测定的电化学信号,并且对固定化DNA电化学生物传感器的工作原理是:在适当的条件的ssDNA和dsDNA具有选择性响应,根据其变化的有无和下,固定在电极表面上已

5、知序列的单链DNA片段(DNA探变化的程度就可以对样品中的DNA结构和含量等信息加针)与溶液中的待测DNA发生杂交,利用两条互补单链以测定.一般而言,利用DNA电化学生物传感器测定DNA[3]DNA(ssDNA)间的特异性相互作用,使之形成双链DNA(ds2的整个过程包括以下几个步骤:第一是ssDNA的固定,DNA).同时借助于能够识别ssDNA和dsDNA的杂交指示剂制备DNA探针,这是此类传感器制作中的首要问题.第二在杂交前后的电化学响应的改变,来定性检测目标基因是是杂交过程,即寻找合适的杂交条件,使得互补的待测否存在;或者将待测基因固定在电极表面,然后与

6、溶液中DNA与探针DNA相遇较易形成dsDNA,并最大程度的减少的已标定杂交指示剂的DNA探针进行杂交来检测待测基错配.第三是杂交的指示,即如何将杂交信息转化成可以[1]因序列.一般而言,在一定范围内,指示剂的响应信号与测量的电化学信号,此步也可与上步同时进行.最后是电待测DNA的物质的量成线性关系,可据此来检测DNA的化学信号的检测.其中DNA探针的固定和杂交的指示是含量,以达到定量测量的目的.DNA电化学生物传感器的关键.图1为原理示意图.X收稿日期:2009-06-11作者简介:谢灵珠(1974—),女,四川人,讲师,主要从事航空军械研究.120四川兵工

7、学报表1DNA电化学传感方式的比较传感器类型优点缺点灵敏度高(femtomolesoftarget)无需标记步骤,应用电极范背景信号高,不能多元化,破坏直接DNA电化学围宽样品灵敏度高(attomolesoftarget)通常不需要标记步骤,在同一间接DNA电化学探针层难于制备,破坏样品电极上可以检测多个目标DNA特定的氧化还中等灵敏度(femtomolesoftarget),很适合多个目标检测,样化学标记方法须用“三明治”法,原的指示检测品保持不变序列变化可能有疑问-15-21纳米粒子的电化学特别灵敏(femtomoletozepomolerange,10t

8、o10moles)检测步骤多,表面结构