本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域，具體地，涉及溫敏性生物傳感器。

背景技術(shù)：

液晶態(tài)是一種處于固態(tài)晶體和無(wú)序液體之間的“軟物質(zhì)態(tài)”。液晶分子具有長(zhǎng)程有序性和光學(xué)各向異性，已被廣泛應(yīng)用于平面顯示領(lǐng)域。1998年美國(guó)威斯康星大學(xué)Abbott研究組首次利用液晶分子構(gòu)建生物傳感器，開(kāi)辟了液晶應(yīng)用新領(lǐng)域。液晶生物傳感器易于實(shí)現(xiàn)微型化和陣列化，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)簡(jiǎn)便快速等優(yōu)點(diǎn)，在生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和食品安全領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。目前液晶液滴溫度傳感器，存在液晶液滴的取向變化不明顯，溫度敏感性差的問(wèn)題。

由此，液晶液滴構(gòu)成的溫敏性生物傳感器有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種溫敏性生物傳感器，該傳感器通過(guò)控制連接DNA的聚合和解聚反映溫度的變化，當(dāng)溫度升高超過(guò)預(yù)定溫度，即連接DNA熔點(diǎn)，連接DNA會(huì)出現(xiàn)斷裂從而導(dǎo)致液晶液滴從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉稚顟B(tài)，當(dāng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，液晶液滴又會(huì)從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)，從而通過(guò)觀察液晶液滴的狀態(tài)，了解溫度的變化。

因而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種溫敏性生物傳感器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該溫敏性生物傳感器包括：液晶分子；雙親DNA分子，所述雙親DNA分子具有疏水端和親水端，所述疏水端與所述液晶分子相連；以及連接DNA，所述連接DNA的兩端分別與所述雙親DNA分子的所述親水端相連。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫敏性生物傳感器，連接DNA對(duì)其熔點(diǎn)的敏感度高，通過(guò)連接DNA的聚合和解聚可以靈敏的反映環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而，發(fā)明人通過(guò)范德華力相互作用實(shí)現(xiàn)了雙親DNA分子的疏水端與液晶分子的結(jié)合，再利用連接DNA連接雙親DNA分子，通過(guò)控制連接DNA的聚合和解聚反映環(huán)境溫度的變化，當(dāng)溫度升高超過(guò)預(yù)定溫度，即連接DNA熔點(diǎn)，連接DNA會(huì)出現(xiàn)斷裂從而導(dǎo)致液晶液滴從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉稚顟B(tài)，當(dāng)溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，液晶液滴又會(huì)從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)，從而通過(guò)觀察液晶液滴的狀態(tài)，了解溫度的變化。由此，該溫敏性生物傳感器的靈敏性和準(zhǔn)確性高。同時(shí)本發(fā)明所使用的是具有液晶相的液晶分子，由于液晶具有雙折射現(xiàn)象，使得該溫敏性生物傳感器可使用偏光對(duì)傳感結(jié)果進(jìn)行觀察，具有方便觀察的優(yōu)勢(shì)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的溫敏性生物傳感器，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述液晶分子在室溫下具有液晶相。由此，該液晶液滴可以在室溫條件下即可進(jìn)行液晶液滴的取向變化的檢測(cè)，保證液晶液滴的性質(zhì)狀態(tài)完好。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述液晶分子為選自5CB液晶分子、TL205液晶分子和E7液晶分子的至少一種。由此，液晶分子在室溫下具有液晶相，并且液晶液滴數(shù)量多、均一性好。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述疏水端為脂鏈。由此，易于連接至液晶液滴。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述疏水端為烷基鏈。由此，易于連接至液晶液滴。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述親水端為具有相同末端的單鏈DNA分子。由此，便于與連接DNA結(jié)合。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述連接DNA的兩端與所述親水端互補(bǔ)。由此，有利于連接DNA與雙親DNA分子互補(bǔ)結(jié)合。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述溫敏性生物傳感器通過(guò)所述連接DNA的互補(bǔ)序列控制響應(yīng)溫度。由此，連接DNA的互補(bǔ)序列通過(guò)影響熔點(diǎn)控制響應(yīng)溫度。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為20-85℃。由此，溫敏性生物傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溫敏性生物傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2顯示了液晶液滴的光學(xué)變化示意圖；

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溫敏性生物傳感器的解聚和聚合的示意圖；

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶液滴的顯微結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溫敏性生物傳感器的解聚和聚合的顯微圖像示意圖；

圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的連接DNA的熔點(diǎn)T_m曲線的示意圖；

圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的各階段溫敏性生物傳感器的圖片示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種溫敏性生物傳感器。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)該溫敏性生物傳感器(在本文中也簡(jiǎn)稱為“傳感器”)進(jìn)行解釋說(shuō)明，該傳感器包括：液晶分子100、雙親DNA分子200和連接DNA 300。其中，雙親DNA分子200具有疏水端和親水端，疏水端與液晶分子100相連；連接DNA 300的兩端分別與雙親DNA分子200的親水端相連。

為了方便理解，下面首先對(duì)液晶液滴在環(huán)境中存在足量的雙親DNA分子及連接DNA時(shí)能夠發(fā)生的對(duì)光線的折射能力的變化情況進(jìn)行說(shuō)明。具體地，參考圖2，當(dāng)液晶液滴所在的環(huán)境中存在的雙親DNA分子及連接DNA數(shù)量不足時(shí)，在顯微鏡的白光視野(參考圖2A)以及偏光視野(參考圖2B)中，液晶液滴中的液晶分子排列為雙極狀態(tài)(參考圖2C)，其中，圖2A和2B中箭頭指示的是液晶液滴缺陷的部位，即2E和2F圖中的小圓圈部位。而當(dāng)環(huán)境中存在足量的雙親DNA分子及連接DNA時(shí)，液晶液滴中液晶分子的排列取向發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液晶液滴對(duì)光線的折射能力發(fā)生變化，此時(shí)在顯微鏡的白光視野(參考圖2D)以及偏光視野(參考圖2E)中，液晶液滴中的液晶分子排列為輻射狀態(tài)(參考圖2F)。因此，2而當(dāng)環(huán)境中具有能夠與上述雙親DNA分子進(jìn)行特異性結(jié)合的連接DNA時(shí)，連接DNA通過(guò)與雙親DNA分子結(jié)合而結(jié)合到該液晶液滴中，進(jìn)而導(dǎo)致該液晶液滴中液晶分子的排列方式發(fā)生改變，對(duì)光線的折射能力改變，而這一改變可以方便地通過(guò)偏光顯微鏡觀察出來(lái)，進(jìn)而通過(guò)控制連接DNA的聚合和解聚實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的響應(yīng)。

進(jìn)一步的，結(jié)合圖3對(duì)該溫敏性生物傳感器對(duì)溫度響應(yīng)的原理進(jìn)行說(shuō)明，由于連接DNA對(duì)其熔點(diǎn)的敏感度高，通過(guò)連接DNA的聚合和解聚可以靈敏的反映環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而，發(fā)明人將雙親DNA分子連接到液晶分子上，再利用連接DNA連接雙親DNA分子，通過(guò)控制連接DNA的聚合和解聚反映環(huán)境溫度的變化。當(dāng)溫度升高超過(guò)預(yù)定溫度，即連接DNA熔點(diǎn)，例如連接DNA熔點(diǎn)為80-85℃，當(dāng)加熱到該溫度，連接DNA會(huì)出現(xiàn)斷裂從而導(dǎo)致液晶液滴從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉稚顟B(tài)，當(dāng)溫度下降到低于預(yù)定溫度時(shí)，液晶液滴又會(huì)從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)，從而通過(guò)觀察液晶液滴的狀態(tài)，了解溫度的變化。

進(jìn)而，該溫敏性生物傳感器利用連接DNA溫度敏感性高，并且通過(guò)調(diào)整連接DNA的序列和長(zhǎng)度可以調(diào)整熔點(diǎn)的特點(diǎn)，可以根據(jù)需要，調(diào)整溫敏性生物傳感器的反應(yīng)溫度，并且靈敏性和準(zhǔn)確性高。

需要說(shuō)明的是，液晶分子以及雙親DNA分子的具體類型不受特別限制，只要二者能夠在上述條件下有效自組裝并形成液晶液滴即可。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，液晶分子可以為在室溫下具有液晶相的液晶分子。由此，含有上述液晶分子的液晶液滴對(duì)光線的折射情況在常溫下即可隨環(huán)境中表面活性劑(雙親分子以及能夠與雙親分子特異性結(jié)合的待測(cè)物質(zhì))含量的改變而改變，從而該液晶液滴可以在不加熱或者冷卻處理的環(huán)境中完成對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)，便于該液晶液滴的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，液晶分子為選自5CB液晶分子、TL205液晶分子和E7液晶分子的至少一種。其中，5CB是一種常用的向列相液晶，E7和TL205是兩種可商業(yè)購(gòu)買到的混合液晶，E7是由4-正庚烷-4’-氰基聯(lián)苯(7CB)、4-正戊烷-4’-氰基聯(lián)苯(5CB)、4-正辛氰基-4’-氰基聯(lián)苯(80CB)和4-正戊基-4’-氰基三聯(lián)苯(5CT)按一定比例組成的向列相液晶。TL205是一種含F(xiàn)的混合熱致液晶。由此，液晶分子在室溫下具有液晶相，并且液晶液滴數(shù)量多、均一性好。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“室溫”、“常溫”特指不需要額外進(jìn)行加熱或者冷卻處理的環(huán)境溫度，而其具體溫度范圍不受特別限制。例如，“室溫”、“常溫”至通常情況下進(jìn)行制備以及待測(cè)物檢測(cè)等操作時(shí)的環(huán)境溫度，具體地，可以為10～30℃。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，雙親DNA分子的疏水端的結(jié)構(gòu)不受特別的限制，只要能與液晶液滴結(jié)合即可。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，疏水端為脂鏈。脂鏈的疏水性強(qiáng)，空間位阻小，易于插入到液晶液滴的空隙內(nèi)，將雙親DNA分子連接至液晶液滴。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，疏水端為烷基鏈。由此，烷基鏈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備，并其烷基鏈的疏水性好，而空間位阻更小，更易于插入到液晶液滴的空隙內(nèi)，將雙親DNA分子連接至液晶液滴。

需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，DNA雙親分子的具體種類不受特別限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)液晶分子的具體種類，以及需要檢測(cè)的待測(cè)物的情況選擇適當(dāng)?shù)腄NA雙親分子。例如，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以選擇線性液晶分子5CB作為液晶分子，選擇DNA-C18、DNA-G2CL、DNA-PS或者DNA-PPO作為DNA單鏈雙親分子。所選擇的DNA序列可以為(TGG TGA AGT AGA TGT GTA，SEQ ID NO：9)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，親水端為具有相同末端的單鏈DNA分子。由此，單鏈DNA分子易于與連接DNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合，進(jìn)而，通過(guò)連接DNA控制液晶分子的團(tuán)聚和分散。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，連接DNA的兩端與親水端互補(bǔ)。由此，單鏈DNA分子易于與連接DNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合，并且結(jié)合效果好，進(jìn)而，通過(guò)連接DNA控制液晶分子的團(tuán)聚和分散。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，溫敏性生物傳感器通過(guò)連接DNA的互補(bǔ)序列控制響應(yīng)溫度。通過(guò)調(diào)節(jié)連接DNA的互補(bǔ)序列的長(zhǎng)度和堿基的序列即可改變連接DNA的熔點(diǎn)，例如，序列的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，熔點(diǎn)越高，而序列中G和C的含量越高，則DNA的熔點(diǎn)越高。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為20-85℃。在該溫度范圍內(nèi)，連接DNA的熔點(diǎn)易于精確的控制，從而是溫敏性生物傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確度更高。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，連接DNA具有如下所述核苷酸序列時(shí)，連接DNA的熔點(diǎn)為65℃，則溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為80-85℃。

R1：TCT ATT CGC ATG AGA ATT CCA TTC ACC GTA AG TAC ACA TCT ACTTCA CCA(SEQ ID NO：1)

R2：CTT ACG GTG AAT GGA ATT GTC ATG CGA ATA GA TAC ACA TCT ACT TCA CCA(SEQ ID NO：2)

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，連接DNA具有如下所述核苷酸序列時(shí)，連接DNA的熔點(diǎn)為50℃～55℃，則溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為50℃～55℃。

R3：TCT ATT CGC ATG AGA ATT CCA TTC ACC GTA AG TAC ACA TCT A(SEQ ID NO：3)

R4：CTT ACG GTG AAT GGA ATT GTC ATG CGA ATA GA TAC ACA TCT A(SEQ ID NO：4)

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，連接DNA具有如下所述核苷酸序列時(shí)，連接DNA的熔點(diǎn)為40℃，則溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為40℃。

R5：TCT ATT CGC ATG AGA ATT CCA TTC ACC GTA AG TAC ACA TC(SEQ ID NO：5)

R6：CTT ACG GTG AAT GGA ATT GTC ATG CGA ATA GA TAC ACA TC(SEQ ID NO：6)

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，連接DNA具有如下所述核苷酸序列時(shí)，連接DNA的熔點(diǎn)為17-23℃，則溫敏性生物傳感器的響應(yīng)溫度為17-23℃。

R7：TCT ATT CGC ATG AGA ATT CCA TTC ACC GTA AG TACGCA TC(SEQ ID NO：7)

R8：CTT ACG GTG AAT GGA ATT GTC ATG CGA ATA GA TAC GCA TC(SEQ ID NO：8)

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下面的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)產(chǎn)品，例如可以采購(gòu)自Sigma公司。

實(shí)施例1

采用細(xì)胞破碎儀制備液晶液滴，并組裝形成溫敏性生物傳感器，并觀察該傳感器在特定溫度下，利用偏光顯微鏡觀察的光學(xué)變化。

(1)將10μL 5CB液晶液滴加入到50μL 20μM DNA雙親分子DNA-C18中,用細(xì)胞破碎儀20％功率乳化30s以制備液晶液滴。利用顯微鏡觀察液晶液滴的形態(tài)，如圖4所示，制備得到的液晶液滴數(shù)目眾多，尺寸相對(duì)均一。

(2)取步驟(1)制備的10μL液晶液滴置于低吸PC管中，再加入10μL 20μM DNA linker(R₁+R₂)溶液，靜置5min左右讓其自主裝，形成溫敏性生物傳感器，其中，DNA linker(R₁+R₂)具有SEQ ID NO：1和2所示的核苷酸序列，該DNA linker的熔點(diǎn)T_m曲線如圖6所示，熔點(diǎn)為65℃左右。

(3)分別取步驟(1)和(2)中的溶液，稀釋50倍，通過(guò)偏光顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖5所示，其中，圖5A為步驟(1)的液晶液滴明場(chǎng)圖，圖5B為步驟(1)的液晶液滴的偏光圖，圖5C為步驟(1)的液晶液滴照片，圖5D為步驟(2)的聚集狀態(tài)的溫敏性生物傳感器的明場(chǎng)圖，圖5E為步驟(2)的聚集狀態(tài)的溫敏性生物傳感器的偏光圖，圖5F為步驟(2)的聚集狀態(tài)的溫敏性生物傳感器照片。

(4)將步驟(2)得到的聚集態(tài)的溫敏性生物傳感器使用水浴加熱到80-85℃，通過(guò)偏光顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖5G-I所示，其中，圖5G為加熱后的溫敏性生物傳感器恢復(fù)室溫后的明場(chǎng)圖，圖5H為加熱后的溫敏性生物傳感器恢復(fù)室溫后的偏光圖，圖5I為加熱后的溫敏性生物傳感器照片。

(5)當(dāng)步驟(4)的溫敏性生物傳感器的溫度恢復(fù)室溫后，通過(guò)偏光顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。如圖5G、5H所示，當(dāng)經(jīng)歷了升溫欲將聚集狀態(tài)液晶分子分開(kāi)的過(guò)程后，待溶液恢復(fù)到室溫后，液晶液滴會(huì)再次發(fā)生聚集。

另外，圖7示出了各階段溫敏性生物傳感器的照片，結(jié)合圖5和7對(duì)各階段溫敏性生物傳感器的狀態(tài)進(jìn)一步說(shuō)明，制備出的液晶液滴(圖5A、5B和7A)分散均勻，加入連接DNA后，液晶液滴發(fā)生聚集(圖7B，5F、5D和5E)，并沉淀下來(lái)；對(duì)液晶液滴進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到85℃時(shí)，液晶液滴呈現(xiàn)分散狀態(tài)(圖7C)。當(dāng)溫度恢復(fù)到室溫后，會(huì)有部分已分散的液晶液滴再次發(fā)生聚集現(xiàn)象，所以在白光和偏光下會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有很多聚集現(xiàn)象的液晶液滴(圖7D、5G和5H)。

上述結(jié)果表明，當(dāng)溫度升高超過(guò)連接DNA熔點(diǎn)，本實(shí)施例中連接DNA熔點(diǎn)為65℃左右，連接DNA解聚的溫度為80-85℃，當(dāng)加熱到85℃，連接DNA會(huì)出現(xiàn)斷裂從而導(dǎo)致液晶液滴從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉稚顟B(tài)，當(dāng)溫度下降到室溫時(shí)，液晶液滴又會(huì)從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)，從而通過(guò)觀察液晶液滴的狀態(tài)，了解溫度的變化。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。