DNA电化学生物传感器总结_电化学dna生物传感器

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DNA电化学生物传感器

DNA电化学生物传感器

在生物学方面，随着分子生物学和基因工程领域的迅速发展，人们已经开始对核酸进行更深层次的研究。但是作为核酸研究的一个重要项目——核酸检测的手段却始终落后于其理论研究，而且目前存在的问题主要是核酸检测的操作繁琐，检测速度较慢。尤其是分子杂交检测技术，现已广泛应用于生物学、医学和环境科学等有关领域，但其实验过程一直是手工操作，费时费力。而传统的放射性同位素标记法对时间要求苛刻，安全性差，难以满足各方面的需要。基于这种缺陷下，DNA生物传感器发展成为一种用于检测分子杂交的新型传感器。通过使用DNA生物传感器，使得分子杂交检测在速度有了很大的提高。而在各种DNA生物传感器中目前发展较快的则是DNA电化学生物传感器，下面对这种新型传感器进行介绍。

DNA电化学生物传感器的原理

DNA电化学生物传感器是利用单链DNA(DNA)作为敏感元件，通过共价键合或化学吸附固定在固体电极表面，通过电极使DNA与目标DNA(靶基因)呈碱基序列互补，在适当的温度、离子强度、pH、缓冲溶液等杂交条件下，探针DNA与溶液中的靶基因发生特异性选择杂交，形成双链杂交DNA(dsDNA)，从而导致电极表面结构的变化，再通过加上的电化学标识元素，将所引起电信号(如电压、电流或电导)的变化体现出来的检测特定基因的装置。其具体工作原理见下图。

DNA电化学生物传感器的分类

根据电化学标识元素的不同，可以将DNA电化学生物传感器分为三类：

（1）具有电化学活性的杂交指示剂。该类标识元素可以与电机表面生成的dsDNA形成复合物，并生成其氧化—还原峰电位和峰电流，通过这种方法对DNA进行检测。

（2）在寡聚核苷酸上标记电化学活性的官能团。通过其与电极表面的靶基因选择性的进行杂交反应，生成用于测定的电信号，以此测定DNA。

（3）在DNA分子上标记酶作为识别元素。当标记了酶的DNA与电极表面的互补DNADNA电化学生物传感器

发生杂交反应后，由于酶具有很强的催化功能，通过测定反映生成物的变化量间接测定DNA。

DNA电化学生物传感器的制备

DNA电化学传感器一般以固体电极作基础电极，将DNA探针片段有效地与之结合，不脱落且保持活性，同时其结合量应满足灵敏度的需要。往往需要借助有效的物理或化学方法。

（1）吸附结合法

该方法是将碳糊电极放到含DNA探针分子的乙酸缓冲溶液中在一定电位下活化电极，然后在控制电位下吸附富集探针分子，最后用磷酸缓冲溶液淋洗后便可使用。其特点是简单、灵活，但稳定性不够。

（2）自组装膜法

即基于分子的自组作用，在固体表面自然形成高度有序的单分子层膜的方法。其特点是表面结构高度有序，稳定性好，有利于杂交；但对巯基化合物修饰的DNA的纯度要求较高，分离提纯操作较烦琐。

（3）共价键结合法

该法首先对电极进行活化预处理，以引入活性键合基团，然后进行表面的有机合成，通过共价键合反应把探针分子修饰到电极表面。其特点是修饰层稳定，易进行分子杂交，但由于电极表面活性位点有限，表面合成又是异相反应，因而固定的DNA量有限，响应信号小。

（4）组合法

将化学修饰剂与电极材料如石墨粉混合后制备组合修饰电极，再利用DNA与修饰剂的相互作用而固定。这种方法制备的电极修饰层相对稳定，易于杂交反应的发生，但其再生能力较差，使用次数有限。

（5）其他方法

如电聚合法是利用导电聚合物将DNA固定在电极表面的方法；化学免疫法是首先在电极表面键合抗生蛋白，然后利用抗生蛋白与生物素之间的亲和作用，使其与5′端标记有生物素的DNA结合，因而将DNA固定于电极表面。

DNA电化学生物传感器的应用

DNA电化学生物传感器由于简单、方便、快速、灵敏、无放射性污染等特点，近年来发展迅速，并且已经广泛的应用于下列医学方面当中。

（1）细菌及病毒感染类疾病诊断（2）基因诊断（3）DNA损伤研究（4）环境监测（5）药物检验

DNA电化学生物传感器的展望

DNA电化学生物传感器具有重要的理论意义和应用价值。它开辟了电化学与分子生物学交叉学科的新领域。为生命科学的研究提供了一种新技术、新方法。在临床医学和遗传工程等领域的研究具有深远的意义和应用价值。

今后DNA电化学传感器的研究工作将会集中在：（1）适于高灵敏度检测的杂交指示剂的筛选研究；（2）电极结构的优化，稳定的自组装单分子层修饰电极的研究；（3）在疾病基因诊断上的应用；（4）将一些药物作为杂交指示剂，研究其与DNA的相互作用；（5）在农业、食品如转基因食品等方面中的应用。