DNA电化学生物传感器的原理与研究进展

DNA电化学生物传感器是近年迅速发展起来的一种全新的生物传感器,该类传感器具有电极制作简便、使用寿命长、重现性好、灵敏度高、成本低、易于实现微型化等诸多优点,在临床医学检验、遗传工程、药物作用机理、新药筛选、环境监测和食品工程等领域已得到广泛地研究与应用。该文简单介绍了DNA电化学生物传感器的基本原理,对其研究进展加以分类和简要评述,最后对其发展方向进行了展望。

DNA电化学生物传感器的研究与应用

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.

壳聚糖DNA电化学生物传感器的伏安法研究以及对NPT Ⅱ基因的检测

将十八碳酸作为修饰剂制得性质改良的碳糊电极,利用壳聚糖与羧基的静电作用在电极表面修饰一层天然阳离子聚合物壳聚糖膜,进而进行DNA探针的固定和靶DNA的杂交.以亚甲基蓝(MB)为杂交指示剂用循环伏安法(CV)优化了DNA的固定和杂交条件.用该电化学生物传感器以微分脉冲伏安法检测了转基因油菜外源NPTⅡ基因,性能良好.

DNA电化学生物传感器的研究进展

介绍了DNA电化学生物传感器的组成及原理,综述了近年来单链DNA的固定以及杂交信号的电化学检测方面的研究进展,探讨了纳米材料、纳米技术在DNA电化学生物传感器的制备及应用中发挥的作用,并对DNA电化学生物传感器的发展方向进行了展望.

检测痕量Hg^2＋的DNA电化学生物传感器

通过自组装方法将修饰有二茂铁基团的富T序列DNA分子(DNA-Fc)固定在金电极表面,得到了一种基于DNA修饰电极的电化学汞离子(Hg2+)传感器.当溶液中有Hg2+存在时,Hg2+可与修饰电极上DNA的T碱基发生较强的特异结合,形成T-Hg2+-T发卡结构,使DNA分子构象发生改变,其末端具有电化学活性的二茂铁基团远离电极表面,电化学响应随之发生变化.示差脉冲伏安法(DPV)结果显示:DNA末端二茂铁基团的还原峰在0.26V(vs饱和甘汞电极(SCE))附近,峰电流随溶液中Hg2+浓度的增加而降低;Hg2+浓度范围在0.1nmol·L-1-1μmol·L-1时,电流相对变化率与Hg2+浓度的对数呈现良好的线性关系.该修饰电极对Hg2+的检测限为0.1nmol·L-1,可作为痕量Hg2+检测的电化学生物传感器.干扰实验也表明,该传感器对Hg2+具有良好的特异性与灵敏度.

多壁碳纳米管/纳米Ag-TiO_2膜DNA电化学生物传感器

基于多壁碳纳米管/纳米Ag-TiO2复合膜制备了高灵敏度的DNA电化学生物传感器。将Ag-TiO2复合物与适量分散于N,N-二甲基甲酰胺中的多壁碳纳米管(MWNT)相混合,形成均匀稳定的混合溶液,将其滴涂于裸碳糊电极表面,制得MWNT/Ag-TiO2修饰碳糊电极。碳纳米管大的比表面积和良好的电子传递性能与Ag-TiO2纳米复合物良好的生物相容性和对DNA极好的吸附能力的协同作用,显著提高了DNA探针的固载和DNA杂交的检测灵敏度。应用循环伏安法和电化学交流阻抗谱分别对传感膜的制备和DNA的固定与杂交进行了表征。以电化学交流阻抗谱法对转基因植物外源草丁膦乙酰转移酶基因片段进行了检测,线性范围为1.0×10-11～1.0×10-6mol/L,检出限为3.12×10-12mol/L。

NaOH蚀刻玻碳电极的大肠杆菌DNA电化学生物传感器的构建及检测

以NaOH蚀刻后的玻碳电极为基底制备了高灵敏与高选择性的大肠杆菌电化学DNA传感器。经NaOH蚀刻后的玻碳电极被活化且在电极表面形成羧基层,为DNA探针的固定提供了更多位点,在偶联剂EDC/NHS的作用下,端氨修饰的探针DNA与羧基的羧氨反应使其以肽键的形式固定在电极表面,极大地提升了传感器的灵敏度。通过电化学循环伏安法(CV)和差分脉冲法(DPV)对所制备传感器的灵敏度和选择性进行表征,得到该传感器对大肠杆菌的线性检测范围为12.5~62.5 nmol/L,检出限可达1.20×10^(-9)mol/L。

DNA电化学生物传感器在转基因植物特定序列基因检测中的应用

在玻碳电极(GCE)上采用循环伏安法电聚合硫堇(PTh)得到PTh/GCE修饰电极,并利用聚硫堇层共价结合和静电作用吸附金纳米粒子(AuNP′s)制得AuNP′s/PTh/GCE修饰电极。然后通过将ss-DNA/AuNP′s/PTh修饰电极置于cDNA杂交液中,于42℃杂交制得ds-DNA/AuNP′s/PTh修饰玻碳电极,实现了脱氧核糖核酸(DNA)探针在AuNP′s/PTh修饰的玻碳电极上的固定,制得DNA电化学生物传感器。在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中采用微分脉冲伏安法(DPV)及交流阻抗谱技术(EIS)对DNA的固定和杂交进行了表征。试验结果表明:在1.0×10-10～1.0×10-6mol.L-1的浓度范围内,该传感器可对转基因植物外源基因草丁膦乙酰转移酶基因(PAT基因)片段进行检测,检出限(3s)为3.2×10-11mol.L-1。

DNA电化学生物传感器测定水中痕量铅

采用物理涂附法将单链DNA固定到金表面得到ssDNA／Au修饰电极。研究表明，该电极在pH5，0．2mol／L NaAc-HAc缓冲底液中，可用于测定水中痕量pb^2＋。pb^2＋以Pb-DNA络合物的形式吸附在电极上，以示差脉冲伏安法测定Pb^2＋，在0．15V（vs SCE）处有灵敏的氧化峰，其峰电流与Pb^2＋浓度在5．0×10^-8～-1．0×10^-6mol／L范围内呈良好的线性关系，此法的检测限为2．0×10^-8 mol／L，该修饰电极的稳定性和抗干扰性都较好。用该电极对饮用水中的Pb进行检测，得到了满意的结果。

基于三纳米金粒子作标记物的DNA电化学生物传感器的研究

近年来所报道的，包括DNA—Au生物条码技术在内的，利用各种纳米材料修饰DNA作为探针元件的信号放大DNA传感器都受限于一种杂交模式缺陷，即难以避免多条目标DNA分子与一个DNA探针相结合。相比于目标DNA分子与DNA探针一对一识别结合的理想模式，这种多对一的结合模式必然导致灵敏度的损失。本工作研制了一种基于一对一识别模式，且利用三纳米金粒子生物条码信号放大的新型DNA探针，很好地解决了这个问题。

纳米材料在DNA电化学生物传感器中的应用

对金属纳米材料、氧化物纳米粒子、碳纳米管、复合纳米粒子等在DNA电化学生物传感器中的应用进行了综述。

杂交型DNA电化学生物传感器研究进展

杂交型DNA电化学生物传感器是一类利用核酸互补配对杂交原理检测和分析特定DNA序列的电化学生物传感器。由于其具有快速简便、选择性好、灵敏度高等优点,在临床医学、遗传工程、环境检测、食品安全监测和生物科学等领域有着重要的应用价值。简述了杂交型DNA电化学生物传感器的一般原理,对共价键结合法、自组装法、生物素-亲和索法、电聚合法以及吸附法等单链DNA的固定方法和DNA杂交信号的直接和间接电化学转换机制的近期研究进展进行了深入探讨,并对其在医疗检测和转基因植物检测等基因检测方面的最新应用和发展趋势进行了论述。

DNA电化学生物传感器介绍

DNA电化学生物传感器为亲和型生物电化学传感器，结合了生物识别过程的特异性以及高灵敏性，为DNA分析提供了一种很有前景的方法。核酸，作为分子识别的工具，已经被广泛应用。DNA电化学生物传感器的应用也涉及很多领域：诸如环境、医药、食品等。主要有以下几个方面：基因疾病诊断、药物机理分析、环境污染监控等等。DNA电化学生物传感器与光学及压电传感器有很大不同。电化学生物传感器具有便携性、高灵敏性以及与微制造技术相兼容等特性，获得广泛关注。同时，DNA电化学生物传感器的反应条件容易控制．成本低．便干推广．是当下生物传感器领域的热点。

基于链置换扩增的电化学适配体生物传感器检测食品中的赭曲霉毒素A

为构建一种基于链置换扩增技术(SDA)和电化学适配体传感器技术检测食品中赭曲霉毒素A(OTA)的方法,根据OTA特异性适配体设计发卡结构,并在发卡结构的茎部设置SDA反应识别位点,进行SDA扩增。将扩增产物与修饰二茂铁(Fc)的电化学探针进行杂交,使电信号发生变化,从而建立电化学适配体传感器检测OTA的方法。通过对7组不同毒素的测定评价该方法的特异性,测定其灵敏度和检出限,并与赭曲霉毒素A酶联免疫分析方法(ELISA)国家标准(GB 5009.96-2016)进行对比试验。结果表明:最优条件下,电化学适配体传感器灵敏度线性范围为0.1 pg/mL~10 ng/mL,检出限(LOD)为0.05 pg/mL。当OTA存在时,检测结果为阳性,当OTA不存在时,检测为阴性,说明该方法特异性良好。在人工加标试验中,该电化学适配体传感器的加标回收率为96.60%~99.04%,ELISA(国家标准)的加标回收率为94.00%~98.50%,该方法的加标回收率优于国家标准。结论:该方法能够快速检测食品中的OTA,具有实用应用价值。

基于电化学生物传感器的重金属离子检测研究进展

电化学生物传感器是基于抗原抗体、酶、核酸适配体、蛋白质、细胞等各种生物成分建立的电化学方法,由于这些生物成分具有强的特异性,决定了电化学生物传感器具有高选择性。同时该方法还具有便捷快速、灵敏、操作简单等优点,已经被广泛应用于污染物重金属离子的检测,并具有良好的应用前景。本文综述了近年来基于各种生物成分的电化学生物传感器在重金属离子检测中的应用,并对该领域未来的发展趋势做了展望。

用于尿酸检测的MIL-101(Cr)生物电化学传感器

人体血液中尿酸(UA)含量异常会引发一系列疾病,因而尿酸浓度的检测方法有广泛的应用前景。通过水热法合成金属有机框架(MOF)材料MIL-101(Cr),并通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)对材料进行表征;利用滴涂法将MIL-101(Cr)涂附在玻碳电极(GCE)表面制得修饰电极MIL-101(Cr)/GCE,通过循环伏安(CV)法,差分脉冲伏安(DPV)法来验证基于MIL-101(Cr)的生物电化学传感器用以定量检测尿酸的可行性。实验结果表明:该材料在尿酸的氧化还原反应中起催化作用,此尿酸生物电化学传感器能够有效地检测尿酸。

基于电化学生物传感器检测食源性致病菌的研究进展

由食源性致病菌引起的食品安全问题严重威胁人们的身体健康。传统检测方法越来越难以应对当下国内外市场中食品品类激增所带来的检测压力,高效、快速、准确地在食品样品中检测出食源性致病菌成为食品安全领域亟待解决的新课题。电化学生物传感器灵敏度高、操作简单,可实现在线检测、快速检测、痕量检测,目前被广泛应用于食品安全监管方向的研究与开发。本文在介绍电化学生物传感器基本原理和分类的基础上,重点对比与讨论近期国内外关于食源性致病菌快速检测中的突出研究成果,并展望其研究的应用前景。

基于PAMAM/聚2,6-吡啶二甲酸膜DNA电化学生物传感器的制备及对禽病毒基因检测的研究

以铂电极上聚合的2,6-吡啶二甲酸(PDC)膜组装G5.0树状高分子(PAMAM)固定ssDNA探针,制备了一种新型的DNA电化学生物传感器.用[Fe(CN)6]3-/4-作氧化还原指示剂,以电化学交流阻抗和循环伏安技术对探针ssDNA的固定和杂交进行了表征.实验表明,当ssDNA在复合膜上固定及与其互补序列杂交后,电极表面的传递电阻(Ret)依次增大.因此,可以利用Ret的明显差异,以此固定探针的修饰电极,对互补序列DNA进行无标记交流阻抗检测.基于该生物传感器结合交流阻抗技术对禽病毒基因进行检测,在优化实验条件下,靶基因ssDNA-2在2.0×10-11～1.0×10-8mol·L-1线性范围内,其浓度与电极表面的电子传递电阻(Ret)之间呈良好的线性关系,检测限为3.6×10-12mol·L-1.表明该方法为病毒灵敏地检测提供了一个有益的传感平台.

TiO_(2)复合纳米材料在电化学酶传感器中的应用

近年来,生物传感器逐渐普及到各领域,如食品检测、生物医疗、化学分析等。随着纳米技术领域的快速发展,通过将各种纳米技术应用到电化学酶传感器,促进电化学酶传感器向全新方向发展。目前,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特征,与其他材料相比较,其具有光、磁、电等突出表现。在生物传感器方面,要求电极材料具有良好的导电性和相容性,能同步负载大量的生物酶分子,提高生物酶分子与电极间的传递效率,缩短效应时间,提高传感器的灵敏度,从而实现传感器性能最佳化。

基于多酸复合物的电化学生物传感器在食品分析中的研究进展

多金属氧酸盐(POMs)具有结构和组成多样性的优点,在电化学生物传感器领域被认为是一类颇具前景的功能性阴离子电极修饰材料。通过将POMs与碳基材料、贵金属和金属有机框架等纳米材料复合形成多酸复合物,可以克服其导电能力差和比表面积小的缺陷,将进一步拓展POMs在电化学生物传感器领域的应用范围。该文综述了近年来基于POMs基复合物电化学生物传感器的构建方法,以及POMs基复合物在食品分析领域中的研究进展,并探讨了POMs基复合物未来的挑战和发展前景。将POMs基复合物制备与电化学生物传感器构建这两项技术不断融合将逐渐提升相关传感器的检测性能。