电化学DNA生物传感器在基因检测中的研究进展

目的核酸电化学的深入研究带动了电化学DNA生物传感器的迅猛发展,尤其是用于检测DNA特异性片段和DNA损伤的传感器.基于DNA杂交技术的电化学传感器已广泛应用于特定基因序列的定性定量分析、疾病诊断、食品安全等领域.该文对近年来电化学DNA传感器涉及基因检测相关的新研究进行综述,探讨其未来的发展趋势.

电化学发光化学与生物传感方法

本文重点介绍了本实验室在电化学发光(ECL)化学与生物传感方法方面的研究工作,简要介绍了ECL化学传感方法(流动注射法、能量转移法和偶合化学反应法),重点介绍了ECL生物传感方法(均相免疫、DNA杂交、适配体、凝集素、DNA酶、寡肽等)测定生物标志物的基本原理(包括ECL信号探针的设计、生物传感界面构筑和信号放大策略等),最后探讨了ECL化学与生物传感方法的挑战和发展前景.

基于核酸适体的电化学生物传感研究

核酸适体是一类经由指数富集的配体系统进化(SELEX)技术在体外筛选获得的单链寡核苷酸片段,由于具有可人工批量合成、价格低廉、易于功能化修饰、特异性强、亲和力高、免疫原性低、批间差异小、热稳定性好等优良特性,在分析化学、疾病治疗以及生物医学研究等诸多领域备受关注。结合代表性案例,该文综述了核酸适体在电化学生物传感领域的应用。首先简要概述了核酸适体及电化学适体传感器的特点,分类阐述了电化学适体传感器在小分子化合物、蛋白质、外泌体、循环肿瘤细胞(CTCs)以及病原微生物检测中的应用,并重点介绍了相关检测方法的原理、分析特性以及所应用的信号放大策略,最后对电化学适体传感器的发展进行了展望。

纳米电化学突破亲和小分子免标记生物传感极限检测小分子

基于小分子电化学传感技术开发的即时诊疗和可穿戴医疗设备能够实时动态监测人体内如代谢物、神经递质和激素等小分子生物标志物的水平变化,即时反映患者的健康状况,极大地简化了疾病诊断以及治疗效果监测流程。然而,因为受到小分子目标物(≤1 kDa)与亲和识别探针分子(抗体或者适配体,6至180kDa)之间大小比例不均衡的限制[1],并且缺乏高灵敏的信号传导方式,传统电化学生物传感器几乎无法检测到由低浓度小分子与识别探针分子结合引起的细微变化,阻碍了即时诊疗和可穿戴医疗设备的开发和应用。

循环肿瘤DNA生物传感检测技术研究进展

循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)携带与肿瘤相关的基因突变信息,包括单核苷酸变异(SNV)、插入/删除(indel)和基因融合(fusion)等。ctDNA在癌症早期筛查、靶向用药指导,治疗效果评估以及预后等方面显示出重要的临床意义与价值。本文总结了现有ctDNA检测技术特点,重点论述了生物传感在提高ctDNA检测技术特异性和灵敏度方面的常用策略,最后探讨其未来的发展趋势。

基于磁性纳米颗粒和金纳米粒子构建DNA电化学生物传感技术

本文构建了一种基于纳米粒子、茎环DNA和丝网印刷电极(SPCE)的电化学生物传感技术用于乳腺癌基因的快速、灵敏检测。该传感技术中,探针DNA的两端分别标记了巯基和生物素,巯基用于与金纳米粒子(AuNPs)作用,生物素用于与磁性纳米颗粒(MNPs)表面修饰的链酶亲和素作用以达到富集的目的,之后利用SPCE进行电化学检测。无目标DNA存在时,双标记DNA保持茎环结构,使得生物素分子很难和MNPs上的亲和素接触。一旦加入目标DNA,茎环结构打开,生物素得以与MNPs上的链霉亲和素发生特异性结合,形成的复合物(MNPs-DNA-AuNPs)通过磁性富集到SPCE表面,从而获得AuNPs的电化学信号。该DNA电化学生物传感对单碱基错配有良好的分辨能力,完全互补DNA的检出限为8.0×10-13 mol/L。

电化学适配体传感器传感策略在食品检测领域的研究进展

食品源危害因子对人类健康构成直接且严重的威胁,开发快速、准确兼具高灵敏度的食品检测方法是解决当前食品安全挑战的有效解决方式。电化学适配体传感器的技术具有高灵敏度、高特异性和准确性等优点,在食品质量安全检测方面具有广阔的应用前景。本文综述了近年来在食品检测领域电化学适配体传感策略的最新研究进展,对基于适配体的新型食品危害因子电化学生物传感器的类型进行了总结归纳分类,重点讨论了应用于食品危害因子检测的不同电化学适配体生物传感策略,并对该技术在食品检测领域发展前景进行了展望,以期为相关领域研究人员提供参考,促进电化学适配体传感器在食品检测领域的进一步开发与应用。

基于硫化镉纳米团簇标记DNA电化学传感的研究

合成了表面具有自由羧基的硫化镉 (CdS)纳米团簇 ,以乙基 (3 二甲基丙基 )碳二亚胺盐酸盐 (EDAC)为偶联活化剂 ,将其标记于人工合成的 5′端氨基修饰的寡聚核苷酸 (ODN)片段上 ,制备成CdS纳米团簇标记DNA探针 ,该寡聚核苷酸片段与大肠杆菌肠毒素基因相关 .在一定的条件下 ,使其与固定在玻碳电极表面的待测DNA序列进行杂交反应 ,利用阳极溶出示差脉冲伏安法 (ASDPV)间接测定Cd(II)的量 ,实现对互补、非互补DNA片段的识别和电化学检测 。

DNA电化学传感器在白血病基因诊断中的应用

DNA电化学传感器技术是20世纪末发展起来的一种新型生物传感器技术,为基因识别和疾病基因诊断提供了一种快速、简便、廉价的方法,现已成为一个非常活跃的研究领域。目前DNA电化学传感器的研究已经取得很大的进展,但同时也面临很多困难和挑战。本文就DNA电化学传感器的设计、研究现状和近几年来该领域的一些重要进展作一总结,并对研制用于白血病融合基因检测和诊断的DNA电化学传感器作了展望。

溶剂挥发诱导苯丙氨酸二肽自组装结构的电化学生物传感研究

将乙腈诱导苯丙氨酸二肽自组装生成的蒲公英状微晶聚集体修饰于玻碳电极上作为酶载体,采用戊二醛交联固定辣根过氧化物酶(HRP),Nafion溶液包埋保护HRP,制备过氧化氢生物传感器。该传感器对H2O2表现出良好的催化还原特性,其响应线性范围为5.0×10-7～6.0×10-4mol/L,检出限为2.5×10-7mol/L(S/N=3)。米氏常数为0.83 mmol/L,表明所固定的酶具有较高的生物活性,且与过氧化氢有较强的亲和能力。这种采用寡肽自组装产物修饰电极的方法也可为制备其他酶传感器提供借鉴。

基于纳米四氧化三铁的电化学生物传感器研究

目的构筑基于纳米四氧化三铁(Fe3O4)的电化学生物传感器,建立过氧化氢(H2O2)和模拟酶的电化学测定方法。方法利用纳米Fe3O4模拟过氧化物酶催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)-H2O2的反应,采用传统的三电极体系,应用电流-时间曲线法检测酶催化产物。结果在最佳实验条件下,电流强度与H2O2浓度在0.5～6.0 mmol/L范围内呈线性关系,线性方程为:I(nA)=50.89c(mmol/L)+478.3,相关系数为0.994。电流强度与纳米Fe3O4的浓度在0.035～2.422 mmol/L范围内呈线性关系,线性方程为I(nA)=407.51c(mmol/L)+54.5,相关系数为0.996。结论纳米Fe3O4可催化H2O2氧化TMB产生电化学信号,该方法可应用于H2O2和纳米Fe3O4的含量测定。

生物电化学与生物传感器的研究与应用

近年来，随着分析化学与生命科学的交叉融合、生物分析及传感研究的快速发展，生物电化学与生物传感的研究与应用已成为分析化学领域的研究热点之一。其中，基于离子液体、纳米材料以及生物催化的电化学生物传感研究尤其受到人们的广泛关注。本课题组在对有机药物的电化学行为研究的基础上，自2007年始开展了一系列生物电化学与生物传感技术方面的研究，主要内容包括以下4个方面。

基于核酸电化学适体生物传感器的研究进展

生物传感器作为一种新兴技术,具有快速、灵敏、高通量等优点,可以满足临床诊断和环境监测的需要[1].生物传感器由识别元件、理化换能器及信号放大装置构成[2].在其设计中,抗体和核酸是最常用的分子识别元件.目前,抗体制备主要依靠单克隆技术,其制备周期长、成本高;抗体对pH、温度等环境要求较高,贮存时间较短,这些因素限制了抗体在生物传感器中的应用[3].

电化学DNA传感器制备及用于花椰菜花叶病毒35S启动子快速检测

[目的]构建一种新型DNA电化学传感器,并用于花椰菜花叶病毒35S启动子片段检测。[方法]通过使用氨基化多壁碳纳米管对玻碳电极进行修饰,利用氨基化多壁碳纳米管对硫堇-金纳米粒子-DNA纳米复合物的吸附固定得到用于识别目标DNA的捕获界面,并将亲和素-辣根过氧化物酶修饰的金纳米粒子作为结构末端的信号分子,完成夹心结构传感器组装。试验采用循环伏安法对辣根过氧化物酶催化过氧化氢得到的还原电流进行测试。[结果]该传感器可实现对目标DNA定量检测,线性范围为1×10-18~1×10^(-11)mol/L,检测限低至6.95×10^(-20)mol/L,可特异性识别错配序列,并且表现出良好的重现性和稳定性。[结论]该传感器在转基因食品的检测方面有良好的应用前景。

基于新型功能材料的电化学生物传感器

基于新型功能化纳米和高分子材料，我们构建了一系列性能优异的电化学生物传感器：1．我们通过使用功能化金属纳米粒子和掺硼碳纳米管以及电极表面纳米晶体化的方法，构建了一系列电化学传感平台。这些材料表现出了优异的电催化活性和生物亲和性，因此能显著地提高生物传感器的性能。

功能纳米材料的电化学与电化学发光生物传感

近年来，纳米材料在生物学和检验学等研究中的潜在应有价值已引起了科学工作者的极大关注。由于纳米材料具有大的比表面积、尺寸效应和化学反应活性，使其与生物体有特殊的相互作用，并作为生物探针用于生物标记和分析检测中。与传统的荧光探针相比，纳米晶体的激发光谱宽，且连续分布，其发射光谱呈对称性且宽度较窄，颜色可调。

量子点功能化与电化学生物传感

量子点材料由其优异的光电学性质，无论在基础研究还是在实际应用方面都具有重要的价值。与传统的荧光探针相比，量子点的激发光谱宽且连续分布，发射光谱呈对称性且宽度较窄。颜色可调。量子点的这些特性使其广泛应用在生物分析中。该文近期在量子点的组装、功能化和电化学生物传感方面开展了一些研究。

基于三维刚性DNA桥式纳米探针的DNA甲基化光电化学传感器的制备和效果评价

目的构建一种基于三维刚性DNA桥式纳米探针(3D-TPN)的光电化学(photoelectro-chemistry,PEC)传感器,用于DNA甲基化位点分析研究。方法将二氧化钛(TiO_(2))悬浮液滴加到ITO电极表面,形成薄膜,通过电位溶出法在TiO_(2)纳米膜表面沉积金纳米粒子(AuNPs),进一步通过Au-S将三维刚性DNA桥式探针固载到电极表面。制备5-甲基胞嘧啶抗体和碲化镉量子点(Ab-CdTe QDs)偶联物。靶序列存在时,5-甲基胞嘧啶与抗体特异性结合,使Ab-CdTe QDs连接到电极表面,与AuNPs/TiO_(2)形成共敏化结构提高光电信号。在含L-抗坏血酸(AA)的磷酸盐缓冲液(PBS)中检测该传感器的光电化学信号响应。结果成功制备了三维刚性DNA桥式纳米探针。TiO_(2)悬浮液最佳浓度为4 mg/mL,5-甲基胞嘧啶抗体最佳浓度为10μg/mL。在最优实验条件下,平行检测同一条件制备的5支电极,其相对标准差(RSD)为1.8%;4周后光电流仍保持初始值的92.5%;且该传感器对目标序列有良好的选择性。DNA甲基化位点数与光电响应值呈线性关系,回归方程为ΔI=-0.0047+4.0114×N,决定系数R^(2)为0.9997。结论该光电化学传感器具有优异的稳定性和特异性,可用于多位点DNA甲基化的定量检测。

活体电化学生物传感的研究进展

化学物质参与脑内信息传递以及与脑神经相关的各种生理和病理过程,因此,脑神经化学的研究受到了越来越广泛的关注。电化学分析方法能够实现脑内重要神经分子的活体原位和活体在线分析,因而在脑神经生理病理过程的研究中具有重要意义。其中,利用酶、核酸适配体等生物识别元件,合理设计电极/溶液传感界面,进而研制出高选择性和高灵敏度的电化学生物传感器,将为脑化学的活体分析提供重要的途径。本文对电化学生物传感器在脑化学活体分析中的应用进行了评述,并对其未来的发展趋势进行了展望。

细胞色素P450酶电化学生物传感器的构建及其药物代谢应用

药物代谢过程是药物在体内产生药效和毒性的主要过程,发展廉价、方便、快速、高通量的体外药物代谢研究方法对新药的开发和设计、给药的方法和剂量、临床药物的检测等都有重要的指导意义.细胞色素P450酶(CYP450酶)在药物的I相反应中起到关键作用,以电极代替辅酶NADPH提供CYP450酶催化反应过程中需要的两个电子,构建CYP450酶电化学生物传感器可实现药物的初步筛选.大量研究表明,CYP450酶在电极表面合适的固定方法与电极材料可有效提高传感器的检测性能.本文主要综述近年来CYP450酶电化学生物传感器的构建及其在药物代谢研究方面的应用,并展望其研发前景.