基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器，能夠用于進(jìn)行水環(huán)境中病原體的實時監(jiān)測。本實用新型的裝置是分子識別元件和換能器其構(gòu)成。將制備好的電極放入樣本中，若存在待監(jiān)測病毒-目標(biāo)靶序列，分子信標(biāo)微陣列發(fā)夾打開，發(fā)出熒光。通過信號放大裝置，利用熒光光譜儀捕獲熒光，分析其波段，可判斷所含何種病原體。本實用新型可以同時檢測樣本中多種病原體，其電極經(jīng)處理后可反復(fù)使用。
【專利說明】基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型發(fā)明屬于生物傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種以分子信標(biāo)為探針的納米金包覆磁性粒子傳感器的設(shè)計方法及其應(yīng)用，尤其是在環(huán)境監(jiān)測中飲用水源的病原體檢測上的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]DNA生物傳感器是幾年發(fā)展起來的新型生物傳感器，按換能器件轉(zhuǎn)換信號主要分為:電化學(xué)DNA傳感器、光纖傳感器和壓電傳感器。電化學(xué)DNA傳感器主要有DNA修飾電極制作的傳感器和離子敏場效應(yīng)管DNA傳感器。DNA修飾電極制作傳感器是由一個支持DNA片段(探針)的電極和檢測用的電活性雜交指示劑構(gòu)成。DNA片段一般采用單鏈的DNA鏈，或者是分子信標(biāo)形式，或者是RNA片段或PNA片段。檢測形式采用雜交反應(yīng)或者是鏈置換反應(yīng)。
[0003]DNA傳感器的優(yōu)點:1.可以進(jìn)行液相雜交檢測；2.可以進(jìn)行DNA實時檢測；3.可以對活體內(nèi)核酸動態(tài)進(jìn)行檢測；4.可以進(jìn)行DNA的大量智能化檢測；5.靈敏度高；6.特異性強(qiáng)；7.無污染。
[0004]DNA傳感器的缺點:1.響應(yīng)時間太長；2.靈敏度方面還有待提高，與現(xiàn)行的PCR等方法還有差距。
[0005]分子信標(biāo)一般包括三個部分:1.環(huán)狀區(qū)，一般為長度15?30堿基的序列，能與目標(biāo)分子特異結(jié)合；2.信標(biāo)莖干區(qū)，通常為長度是8個堿基的互補(bǔ)序列，莖干區(qū)與雜交后環(huán)狀區(qū)目標(biāo)分子的雙鏈結(jié)構(gòu)之間的熱力學(xué)平衡關(guān)系，使分子信標(biāo)的雜交特異性明顯高于常規(guī)的線狀探針；3.熒光基團(tuán)和猝滅基團(tuán)，熒光基團(tuán)一般聯(lián)接在分子信標(biāo)的5'端；猝滅基團(tuán)聯(lián)接在3'端。自由狀態(tài)時分子信標(biāo)莖干區(qū)特異結(jié)合形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)相互接近，熒光幾乎完全猝滅，此時熒光背景極低。加入靶序列后，分子信標(biāo)可與完全互補(bǔ)靶序列形成相對剛性并且更加穩(wěn)定的異源雙鏈雜交體，使得熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)之間的空間距離增大。熒光基團(tuán)所產(chǎn)生的熒光不能猝滅基團(tuán)吸收，此時熒光背景極強(qiáng)。因此將分子信標(biāo)制作成探針，利用熒光的顏色和強(qiáng)弱對飲用水源中的病原體的種類和含量來進(jìn)行定量分析，從而大大提尚分析效率。
[0006]納米金既是金納米粒子，直徑為Ι-lOOnm，顏色依直徑大小從紅色至紫色。納米金溶液非常穩(wěn)定均一，而且單體納米金顆粒的表面穩(wěn)定性也很高，具有高電子密度、介電性質(zhì)和催化作用。
[0007]磁性納米粒子是一種新型納米材料，處于納米級(1-1OOnm)不但具有普通納米粒子所具有的四個基本效應(yīng)，還具有異常的磁學(xué)性質(zhì)，如超順磁性、高矯頑力、低居里溫度與高磁化率等特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型發(fā)明的目的在于提供一種基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器，該傳感器在靈敏度和響應(yīng)時間方面有提高，而且增強(qiáng)了抗干擾性。
[0009]本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有生物傳感器響應(yīng)時間和靈敏度的不足，將與不同病原體互補(bǔ)的DNA鏈制作成分子信標(biāo)微陣列固定在納包覆米金與磁性粒子的電極上，構(gòu)造可實現(xiàn)對水環(huán)境中病原體實時監(jiān)測的生物傳感器。
[0010]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提出一種基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器。所述的生物傳感器包括分子識別元件(I)和換能元件(2)。分子識別元件(I)主要由拋光碳糊電極(3)、磁性粒子膜(4)、納米金膜(5)和分子信標(biāo)微陣列(6)。換能元件主要有信號放大器(7)和熒光光譜儀(8)構(gòu)成。在該技術(shù)方案中，將水體中待檢測的各種病原體的DNA補(bǔ)鏈作為分子信標(biāo)的分子識別區(qū)(11)，結(jié)合DNA編碼原理，鏈接上莖干(12)制作成“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)，在分子信標(biāo)的5'端標(biāo)記上不同波長的熒光素(13)，在3'端標(biāo)記上猝滅素(14)，制作成分子信標(biāo)微陣列(6)。在制備好的碳糊電極上包覆上磁性顆粒(4)，然后自組裝上納米金膜(5)，最后利用自組裝法將分子信標(biāo)微陣列(6)固定在納米金膜上。將制備好的電極放入樣本中，若存在待監(jiān)測病毒，DNA探針發(fā)夾打開，發(fā)出熒光。通過信號放大裝置(7)，利用熒光光譜儀(8)捕獲熒光，分析其波段，可判斷所含何種病原體。充分反應(yīng)后，將電極取出，放入試管溶液中，加熱使之變性，取出探針，退火，探針恢復(fù)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，用二次蒸餾水沖洗后可反復(fù)使用。
[0011]本實用新型的有益效果是，構(gòu)造的電極匯集了幾種材料的優(yōu)勢，且實驗完全后，電極可重復(fù)使用，極大程度上節(jié)約了實驗成本。通過光檢測系統(tǒng)-光光譜儀即可讀出結(jié)果。整個檢測過程反應(yīng)迅速、特異性強(qiáng)、成本低且所需實驗儀器少，可進(jìn)行實時監(jiān)測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0013]圖1是本實用新型的基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器組成圖。
[0014]圖2是基于分子信標(biāo)探針的電極。
[0015]圖3是本實用新型的基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器反應(yīng)原理。
[0016]圖4是標(biāo)記熒光基團(tuán)和猝滅基團(tuán)的DNA探針。
[0017]圖中1.分子識別元件，2.換能元件，3.拋光碳糊電極，4.磁性粒子膜，5.納米金膜，6.分子信標(biāo)微陣列，7.信號放大器，8.焚光光譜儀，9.目標(biāo)革E序列，10.非目標(biāo)革E序列，
11.分子信標(biāo)的分子識別區(qū)，12.分子信標(biāo)莖干部，13.焚光素，14.猝滅素。

【具體實施方式】
[0018]在制備好的碳糊電極上包覆上磁性顆粒(4)，然后自組裝上納米金膜(5)，最后利用自組裝法將分子信標(biāo)微陣列￠)固定在納米金膜(5)上。將制備好的電極放入樣本中，若存在待監(jiān)測病毒-目標(biāo)革G序列(9)，分子信標(biāo)微陣列(6)發(fā)夾打開，發(fā)出焚光。通過信號放大裝置(7)，利用熒光光譜儀(8)捕獲熒光，分析其波段，可判斷所含何種病原體。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分子信標(biāo)的納米金包覆磁性粒子生物傳感器，分子識別元件(I)和換能元件(2)兩部分組成，其特征在于:在拋光碳糊電極(3)上分別包覆磁性粒子膜(4)、納米金膜(5)，然后自組裝上分子信標(biāo)微陣列(6);分子信標(biāo)的5'端標(biāo)記上的焚光素(13)，在:V端標(biāo)記上猝滅素(14);換能元件主要有信號放大器(7)和熒光光譜儀(8)構(gòu)成。
【文檔編號】C12Q1/68GK204162728SQ201420564853
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】楊靜, 黃凱峰, 殷志祥 申請人:安徽理工大學(xué)