[发明专利]一种基于复合量子点的电化学DNA传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及DNA检测技术，具体为一种基于复合量子点的电化学DNA传感器的制备方法。该传感器将纳米技术、核酸杂交技术与电化学技术有机结合，通过循环伏安(CV)和差分脉冲(DPV)法的峰信号来定量检测液体环境中的目标DNA。

背景技术

脱氧核糖核酸(DNA)是遗传信息的载体，具有存储和传递信息的功能。对于核酸的分析在生物化学和生物分子学中具有极其重要的意义。近年来，随着分子生物学的高速发展，生物体内DNA检测技术也突飞猛进，其应用也日益广泛。特别是随着医学临床检验学，生物学，免疫学等学科的飞速发展，从业者对于快速、简便、准确地检测生物体内的DNA序列也变得愈加重视。对于生物体内特定DNA的检测，传统方法主要是采用荧光耦合聚合酶链反应法(PCR)。但是，这种方法操作难度大，技术较为复杂，所需仪器昂贵，使得DNA检测技术收到了很大程度的制约。DNA生物传感器是根据DNA杂交原理，利用每种生物特有的DNA链段，通过人工设计并合成一段与其互补的DNA探针然后进行检测。根据检测方法不同，DNA生物传感器分为光学传感器，电化学传感器以及压电晶体传感器等类型。

光学传感器的检测方法主要有荧光法(Peng et a1.JACS，2007,3048-49)，拉曼光谱法(Yazdi Soroush H et a1.Anal.Chem.，2013,10605-11)，表面等离子共振法(Zhang et a1.Radi.Res.，2013,351-9)等。其中，荧光法是主要的检测方法。其通过荧光共振转移原理(FRET)使发光体的荧光强度在遇到目标DNA后产生变化，从而对目标DNA进行检测。但是，该方法操作精度差，实验误差较大，通常探针与目标DNA结合时间较长，不利于快速、准确地检测DNA。

压电晶体传感器是一种依靠质量感应来进行检测的传感器，其构建的依据是DNA杂交前后质量的变化。石英晶体声微天平常用于该DNA检测方法中，且便于操作，过程简单，但精确度不够。

自1993年，Millan K M和Mikkelsen S R首次描述电化学DNA传感器以来，该领域受到了广泛关注。利用电化学原理检测基因的DNA电化学生物传感器也逐渐成为了一种新的DNA检测技术。目前电化学DNA生物传感器可以分为两类：一类是电化学DNA杂交生物传感器，即将已知序列的单链DNA固载到电极表面作为探针，检测另外一条与其互补的DNA分子链。另一类则是非基因识别电化学DNA传感器，将已知序列的双链DNA固载到电极表面作为传感器的探测敏感器件，通过与其它分子的相互作用或者利用DNA的特性检测某些特定物质。相对于传统的DNA检测方法，电化学DNA检测法具有选择性高、灵敏度高、稳定性强、成本低廉、能在复杂的体系中快速检测等特点。因此，新型电化学DNA传感器的创新开发具有非常重要的实际意义。

量子点(Quantum Dot，QDs)又称为半导体纳米晶体(Semiconducto r Nanocrystals)，是一种由II-VI族(如MgS、CdTe、ZnTe、HgSe等)和III-V族(如GaAs、InGaAs、InP、InAs等)元素组成的均一或核／壳结构(如CdS／HgS／CdS等)纳米颗粒，这种半导体晶体颗粒的直径小于该半导体材料体相的激子波尔半径时，其电子能级由准连续变为分立，晶体颗粒处于量子受限状态，具有独特的光、电、磁、催化、化学活性等性质，可以广泛地用于荧光检测，荧光标记，以及电化学传感器等研究方向。

量子点应用于电化学传感器时，主要作用有加速电子迁移速率、降低电极表面反应的氧化还原电位、链接或是固载其他分子等，从而极大的提高了基底电极的检测灵敏性，降低了检测限，扩大了其检测的范围。例如CdS(QDs)，不仅具有上述优良性质，而且具有很好的生物相容性，现在被广泛地应用在pH、糖类以及各种酶活性等生物传感器。通过量子点修饰电极来实现人体内某些小分子的测定，随着粒径的减小，位于其表面的原子不断增多，并且都具有很高的活性，从而使量子点获得了更强的氧化还原能力；同时随着粒径减小，电子容易从粒子内部迁移到表面，迁移路程减短，时间减短，从而加快了迁移速率，提高了催化活性；另外量子点的比表面积也不断增大，接触面积和催化效率都得到提高。Li等制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)／硫化镉(CdS)／玻碳电极传感器，用于探测研究血红蛋白(Hemoglobin，Hb)的电化学行为和过程，实验结果表明该传感器可以实现对目标物的高效灵敏性测定，并且性能稳定。

发明内容