电化学DNA生物传感器的制备及应用

电化学DNA生物传感器的制备及应用

于湘彦钟康宝杜杰（通讯作者）

海南大学材料与化工学院海口570228

摘要：电化学DNA传感器具有选择性好、灵敏度高、消耗低及简便易用等优点，能够对特征DNA序列进行快速准确的测定，因此电化学DNA传感器在食品安全检测、医学诊断和环境监测等领域都有广阔的应用前景。

Duetothehighsensitivity，goodselectivityandlowcostforthedetectionofspecificsingle-strandedDNA（ssDNA）sequencesatlowconcentration，electrochemicalDNAbiosensorcanbeusedinmanyfieldsincludingmedicaldiagnosis，biologicalengineering，environmentalprotectionandsoon.

1电化学DNA生物传感器简介

脱氧核糖核酸（DNA）是染色体的主要组成部分，也是遗传信息的载体，具有储存和传递信息的能力。电化学DNA传感器具有检测快速、制作简单、灵敏度高以及选择性好等特点，已被广泛应用于医学诊断、法医鉴定、环境监测及食品安全检验等领域[1]。

DNA电化学生物传感器的工作原理是将DNA探针作为敏感元件固定在固体玻碳电极表面，加入具有电活性的物质（如亚甲基蓝MB）作为杂交指示剂，通过检测修饰电极在待测溶液中电化学信号强弱的变化，以确定靶DNA序列的排列；或者将待测基因片段固定在电极表面，然后与溶液中的已标定杂交指示剂的DNA探针进行杂交，来检测待测基因序列。根据指示剂的电化学信号与目标序列浓度之间的线性关系，可以对特定DNA序列进行定量检测[2]。

2电化学DNA生物传感器的制备

电化学DNA传感器制备包括以下四个过程[3]：DNA探针的固定，即要将单链DNA固定到电极表面，形成DNA探针修饰电极。杂交过程，将DNA探针电极放入与之互补的DNA溶液中，两者在电极表面杂交形成双链DNA。杂交的指示，也就是如何将杂交信号转化为可测定的电化学信号。电化学信号的检测，一般将电流、电压或电导作为检测信号。

探针DNA需满足以下条件：碱基个数一般为18~50个，过长会导致杂交时间较长、杂交效率降低，而过短则缺少杂交的特异性。G，C碱基的组成比例最好在40%~60%之间，在此范围之外，非特异性杂交将增加。在探针序列内不存在碱基互补区，否则会导致“发卡”，影响杂交效率。避免在探针序列中出现一个碱基连续多于4次重复。为了确保传感器的灵敏度和重现性，在制备传感器的过程中探针序列在电极表面的固定起着至关重要的作用，其效果直接影响DNA生物传感器的性能。

用电化学的手段可以从两个方面对DNA进行检测：一是DNA分子本身含有的碱基具有电化学活性；二是DNA两条单链间通过碱基互补配对结合后能引起DNA本身或是相应电化学指示剂信号的改变达到DNA检测的目的。常用的电化学方法有循环伏安法、交流阻抗谱、差分脉冲伏安法、计时电位法、线扫伏安法等[4-8]。

3电化学DNA生物传感器的应用

电化学DNA传感器已被广泛用于环境检测、药物检测、食品检测、临床疾病的诊断以及新药开发等众多领域，能够根据不同生物具有不同的基因序列实现对细菌、真菌、病毒等微生物的快速检测，已成为新一代基因检测的重要工具。为了满足更多领域的需求，电化学DNA生物传感器需要在灵敏度、检测限、药品用量等多方面不断优化提高。

参考文献：

[1]ZhangS.，WrightG.，YangY.，Biosens.Bioelectron.，2000，15：273~282.

[2]XuC.，CaiH.，HeP.G.，et.al，Analyst，2001，126：62-65.

[3]张爱春，周存.天津工业大学学报，2010，03：66-70.

[4]LubinA.A.，HuntB.V.S.，WhiteR.J.，et.al，Anal.Chem.，2009，81：2150-2158.

[5]MillanK.M.，SaraulloA.，MikkelsenS.R.，Anal.Chem，1994，66：2943-2948.

[6]ZhangD.，ChenY.，ChenH.Y.，et.al，Anal.Bioanal.Chem.，2004，379：1025-1030.

[7]WangJ.，PalecekE.，NielsenP.E.，et.al，J.Am.Chem.Soc.，1996，118：7667-7670.

[8]LeeT.M.，LiL.L.，HsingI.M.，Langmuir，2003，19：4338-4343.

基金项目：国家自然科学基金（21404028）

通讯作者：杜杰（1980-），男，博士，副教授，研究方向：DNA生物传感器。