DNA電化學(xué)傳感器

1、DNA電化學(xué)傳感器DNA的分析對(duì)臨床醫(yī)學(xué)和遺傳工程的研究具有深遠(yuǎn)的意義和應(yīng)用價(jià)值，已逐漸成為分子生物學(xué),生物技術(shù)和臨床醫(yī)學(xué)研究的重要領(lǐng)域.其中電化學(xué)DNA傳感器依靠生物體內(nèi)物質(zhì)間特有的親合力快速、直接獲取復(fù)雜體系組成信息，具有選擇性好、種類多、測(cè)試費(fèi)用低及適合聯(lián)機(jī)化的優(yōu)點(diǎn)，又有電分析化學(xué)的不破壞測(cè)試體系、不受顏色影響和簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，已倍受青睞.電化學(xué)DNA傳感器的種類很多,具體和類型的優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示：Tdble1CompariSQhofphtfcrrriifnrDNAelecttwhmicaleningTyp&ofAdvan偽纓Disadvantag

2、asDirectDNAGledrochemistryHighlysensitlv-e*(femtomolKioftarget)：requiresnoaineiidblGtoaranfeofelsctroctesHighbackgroundsignals；cannotmultiplexed；destroythesampleIndirectDNAelectrcchemistrHihly葩rizitlYQoftarget)-MUllyrequirenol-abelingstep：multiplMargetdeletion馳sameelecbodeProbeubfitratecanbadifficul

3、ttoprpaFft；陽(yáng)thesampleDNA-speciiic閔d就IndicatordetectionModeratetohighsensitivityfemtomclesoftarget；wll口jit兇tomultiple-targAtdetection；空rnplpsfniairiunaltrdiChemicallabelingsteprequiredunlesssandwichmethudsequencearlationcanproblematicNanEipartlcl亠開sedelectnochemistryampluficationExtr&melysensitlwtoze

4、ptomolerange.10-lstoLD-21FiiQles)?wellsuitedtomultiple-tergetdetectionwithdifferentnanopartlManyde/elopmsntstpsinas開y；reliabilityandrgbustnessoisurfacestrucluresproblernatit；sampleusuall)idestroyedDNA-mediatedchargetransportHighlysnsith-e(femtomol&range)and&irnpl$assay；requiresnolabeling：uniquelywII

5、suitadiforrnismatchdetection；sequenceindepeniient；amenableinFnultipleiing：applicabletoDNA-protelnsendingstepBiochemicalpreparationoftarp&tsamplerequired最早的電化學(xué)DNA傳感器是利用DNA的直接電化學(xué)檢測(cè)的，但由于堿基(G,C)氧化過電位比較大，很難實(shí)用.后來多利用間接的方法來實(shí)現(xiàn)DNA的電化學(xué)檢測(cè)，基本原理如圖1所示，即根據(jù)雜交前后雜交指示劑嵌入的量不同，進(jìn)而產(chǎn)生與分析物濃度相關(guān)的電化學(xué)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測(cè).Elecironicreadou

6、tElecironicreadout圖1電化學(xué)DNA傳感器結(jié)構(gòu)示意圖接著為了提高靈敏度與選擇性，很多研究者利用酶及納米粒子,量子點(diǎn)的放大效應(yīng)，來滿足低濃度的檢測(cè)，如圖2所示,就是利用典型的構(gòu)建DNA傳感器的”三明治結(jié)構(gòu)”與納米Pt的高效電化學(xué)催化性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)DNA的低濃度檢測(cè).KurtV.Gothelf等就利用了PdS,CdS與ZnS量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了DNA的fM級(jí)檢測(cè)，如圖3所示KurtV.Gothelf等就利用了PdS,CdS與ZnS量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了DNA的fM級(jí)檢測(cè)，如圖3所示：首先4.5斗.03.0芒-5520115dNA1；B：Cl,2,3都存在;/D：僅C3Aug/AgCl活性位點(diǎn)，接著與固載

7、了希-兄跖上的PdS,CdS,ort圖3.Cl,2,q：captWE:汞膜誠(chéng)碳電極同為鍍汞）10在金基底上自組裝為-SH-C1,2品并用JMCH來惰化10;CE:PtPotentialImVpgtemtlalPotentialImVZnS量子點(diǎn)退火雜交，經(jīng)徹底洗滌后，金基底上間接固載的金屬硫化物納米顆粒用0.10MHN03溶解下來，再利用陽(yáng)極溶出伏安法（ASV）的溶出峰（如圖2B能很好的分離）來定性（電位）與定量（電流）檢測(cè)這些溶解的金屬離子可以利用此裝置才檢測(cè)target3,如圖4所示:target3與r3有20bases互補(bǔ)，而C3與r3只有15bases互補(bǔ)，故可利用前者雜交結(jié)合力的競(jìng)爭(zhēng)

8、優(yōu)勢(shì)（將已與C3雜交的PbS競(jìng)爭(zhēng)下來脫離金基底一Pd的ASV信號(hào)降低）來實(shí)現(xiàn)target3的檢測(cè).圖5就反映了target3加入前后Pd圖4.競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)DNAtarget3圖5競(jìng)爭(zhēng)5o5o5oK*z7-&a&ea4yrl一eBtnu圖5就反映了target3加入前后Pd圖4.競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)DNAtarget3圖5競(jìng)爭(zhēng)5o5o5oK*z7-&a&ea4yrl一eBtnuA.C15-IMOHMD-fiOD-ADOPot&ntlaltmV-120010OD詣00-00-400triVXxY：2235x2235nm.Z:11nm圖Xt豈2占5x2岔5“慎壬EDtw的ASV信號(hào)降低的情況及競(jìng)爭(zhēng)前后金基底上相同區(qū)

9、域PdS納米粒子的減少情況.圖6就是不同濃度的target3時(shí),Pd與Cd的電流比值情況，顯然這是屬于”signaloff”類型的電化學(xué)DNA傳感器，但是由于此方法中有一”內(nèi)標(biāo)一CdS”，所以可以利用Pd與內(nèi)標(biāo)Cd的信號(hào)比值來反應(yīng)target3的多少，進(jìn)而消除了常規(guī)”signaloff”型傳感器的缺點(diǎn).，原理和結(jié)構(gòu)如圖7,8所示:另外JosephWang等也利用相似的原理實(shí)現(xiàn)了多個(gè)DNA序圖7.利用不同的納米晶追蹤者檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)DNA圖8.SWASVofthemetaltraces，原理和結(jié)構(gòu)如圖7,8所示:另外JosephWang等也利用相似的原理實(shí)現(xiàn)了多個(gè)DNA序圖7.利用不同的納米晶追蹤

10、者檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)DNA圖8.SWASVofthemetaltracessignal-off”型占優(yōu)勢(shì)，作者發(fā)現(xiàn)此OHAfDHISO-12nM圖9.signal-onTflrgtftDNADNAsensor*s|10.不同濃度的tQrget20nMmismatchedched005圖6.競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)不同濃度的target3000：除了上面的利用納米粒子的電化學(xué)來間接檢測(cè)DNA夕卜,還有一類研究較多的電化學(xué)DNA傳感器就是利用被標(biāo)記（如MB,FC等電活性物質(zhì)）的DNA做report序列，根據(jù)其或probe與target作用前后，電活性分子電信號(hào)的變化來反應(yīng)target的量.如圖9所示：target3入之

11、前,MB-report2與probe1一端雜交，使得MB離電極較遠(yuǎn)，電信號(hào)弱，當(dāng)target3加入后雜交堿基數(shù)多，占優(yōu)勢(shì)，1與2變解旋，使得MB離電極很近,發(fā)生電子轉(zhuǎn)移容易，電信號(hào)增加，顯然這是一個(gè)”signal-on”的DNA電化學(xué)傳感器，比”20nM傳感器不僅穩(wěn)定性好,而且加入飽和濃度的5-base-mismatchedtarget3對(duì)測(cè)試信號(hào)沒有任打何影響，如圖10所示這種類型的電化學(xué)DNA傳感器，設(shè)計(jì)的思路巧妙，優(yōu)勢(shì)也很大，現(xiàn)在研究的人員也較多,類型也會(huì)越來越豐富.從上面的一些比較經(jīng)典的電化學(xué)DNA傳感器的構(gòu)建來看,利用納米粒子，量子點(diǎn)等，可以實(shí)現(xiàn)DNA的高靈敏度檢測(cè),利用活性物質(zhì)標(biāo)記

12、的DNA也可實(shí)現(xiàn)低濃度及有幾個(gè)堿基錯(cuò)配的檢測(cè)，但是實(shí)現(xiàn)單堿基錯(cuò)配的檢測(cè)都不是很容易，報(bào)道也不是很多.而關(guān)于單核苷酸多態(tài)性(SNP)在DNA的檢測(cè)中很重要，人體許多表型差異、對(duì)藥物或疾病的易感性等等都可能與SNP有關(guān)，現(xiàn)在也普遍認(rèn)為SNP研究是人類基因組計(jì)劃走向應(yīng)用的重要步驟，所以在電化學(xué)DNA傳感器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)嘗試更多新穎的思路，實(shí)現(xiàn)不僅靈敏度高而且選擇性高的多目標(biāo)物的同時(shí)分析.參考文獻(xiàn):Naturebiotechnology，2003，Vol21，Number10，11921199JacquelineBartonElectrochemicalDNAsensorPNAS,2006,vol.103,16677-16680YiXia,AricaA.Lubin,BrianR.Baker,KevinW.PlaxcoandAlanJ.HeegerSingle-stepelectronicdetectionoffemtomolarDNAbytarget-inducedstranddisplacementinanelectrode-boundduplexJ.AM.CHEM.SOC.2006,128,3860-3861JacobA.Hansen,RupaMukhopadhyay,Jonas0.Hansen,andKurtV.GothelfFemtomolarElectro