一種新型電化學(xué)DNA納米生物傳感器_CDS

1、中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué) 研究進(jìn)展 2007 3 Chi na B a si c Sci ence 21一種新型電化學(xué)DNA 納米生物傳感器 CDS!樊春海發(fā)展新型DNA 檢測(cè)方法是后基因組時(shí)代的需求,諸如生物安全(生物恐怖襲擊、SARS 等高致病性傳染病以及健康(肝炎、H I V 等等領(lǐng)域都需要快速、便捷的DNA 或RNA 檢測(cè)技術(shù)。電化學(xué)技術(shù)具有快速、靈敏、低能耗、易于微型化和集成化等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是在時(shí)效、成本等有較高限定要求的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)DNA 檢測(cè)的首選技術(shù)之一。我們課題組在國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和上海市科委等相關(guān)項(xiàng)目支持下研制出一種新型的電化學(xué)DNA 納米生物傳感器 CDS(chronoco

2、ulo m etric DNA sensor。該生物傳感器具有高靈敏度和高特異性。CDS 生物傳感器有兩個(gè)比較明顯的特色。其一是實(shí)現(xiàn)了DNA 探針?lè)肿釉陔姌O界面上的組裝和精細(xì)調(diào)控。研究表明,高密度的DNA 探針不利于其捕獲靶標(biāo)DNA 分子,這是由于DNA 分子帶有負(fù)電荷,相互之間有靜電斥力,同時(shí)過(guò)高的密度也增加了位阻效應(yīng)。當(dāng)DNA 探針?lè)肿釉诮痣姌O表面上的組裝密度合適的情況下,可以實(shí)現(xiàn)接近80%的捕獲效率,可以極大提高傳感器的檢測(cè)靈敏度。其二是引入金納米粒子進(jìn)行電化學(xué)信號(hào)放大。金納米粒子可以與含巰基修飾的信號(hào)DNA 分子形成非常穩(wěn)定的復(fù)合物,同時(shí)由于納米粒子的高比表面積,一個(gè)20nm 的金納米

3、粒子表面可以負(fù)載數(shù)百條信號(hào)DNA 分子。采用一種夾心式的檢測(cè)方法,在靶標(biāo)DNA 存在時(shí)可以把負(fù)載信號(hào)DNA 分子的金納米粒子一起通過(guò)雜交反應(yīng)連接到電極表面。這樣一次雜交事件就可以產(chǎn)生數(shù)百倍的信號(hào)放大,因而顯著提高了DNA 檢測(cè)的靈敏度。該生物傳感器可在1 2h 內(nèi)快速檢測(cè)到約2萬(wàn)多個(gè)DNA 分子,檢測(cè)靈敏度達(dá)到10M f (飛摩爾/升,比常規(guī)熒光DNA 檢測(cè)方法(約10p M 提高了約3個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí),該生物傳感器也具備高特異性,即使在大量干擾DNA 存在下仍然可以檢測(cè)出靶標(biāo)。單堿基變異性檢測(cè)(即SNP 分析是遺傳疾病研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題,目前已經(jīng)知道很多遺傳疾病僅僅是一個(gè)堿基發(fā)生了變異,例如

4、BRCA 1基因是一種與乳腺癌相關(guān)的基因,如果該基因在某些特定位點(diǎn)發(fā)生變異,攜帶變異基因的女性在未來(lái)就很可能患乳腺癌。因此對(duì)于單堿基變異性的檢測(cè)具有較高的臨床意義。我們課題組以一種與乳腺癌相關(guān)的序列檢測(cè)為模型,展示了CDS 生物傳感器可以有效地將靶標(biāo)與僅有一個(gè)堿基錯(cuò)配的序列區(qū)分開(kāi)來(lái)。相關(guān)研究論文發(fā)表在2006年7月5日美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志#(Journal of the Am erican Che m ical Society ,2006,128(26:8575 8580上。審稿人評(píng)論指出:這種CDS 生物傳感器聰明地使用了金納米粒子進(jìn)行電化學(xué)信號(hào)放大,是一個(gè)概念上的突破,并可以使DNA 分析方法變得簡(jiǎn)單。圖 利用金納米粒子實(shí)現(xiàn)高靈敏的電化學(xué)DNA 生物傳感器檢測(cè)示意圖Sequence spec i f i c Detect i o n of Fem to m ol a r DNA v i aCDS by Appl y i n g E ffec ts of Nanoparti c l e m edi a ted Amplifi c at i o nF an Chunha iShangha i In stitute of A ppli ed Phy sics ,C hi