[发明专利]基于三维有序金掺杂纳米二氧化钛电极的DNA生物传感器及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种DNA生物传感器及其制备和应用，尤其涉及一种基于三维有序纳米二氧化钛电极的标记型DNA生物传感器及其制备，以及该生物传感器用于乳腺癌肿瘤基因检测上的应用，属于DNA生物传感器技术领域和生物电化学技术领域。

背景技术

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，严重影响着妇女身心健康甚至危及生命。研究发现，DNA分子中碱基序列的变异与肿瘤及其人类的许多遗传疾病有关，因此研究用特定DNA探针进行乳腺癌基因的识别，发展对乳腺癌基因的快速、简便、可靠的检测方法，对乳腺癌的前期诊断及治疗提供依据具有十分重要的意义（参见T.Ohmichi,Y. Kawamoto, P. Wu, D.Miyoshi, H.Karimata, N.Sugimot, Biochemistry, 2005, 44, 7125.）。

在乳腺癌的检测方法中，乳房X射线技术虽然是最有效的方法，然而对于40岁以下的妇女因其乳腺细胞密度高而使得检测灵敏度比较低；磁共振成像检测乳腺癌灵敏度很好，但费用昂贵且需较长时间。电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、所需仪器简单、能在复杂体系中进行在线连续监测、易于实现微型化等优点，已经被广泛地应用在临床医学检验和药物筛选等领域，为人类疾病的防治、诊断和治疗开辟了新的途径（参见Tiwari A,Gong S. Talanta, 2009,77(3): 1217.）。

电化学DNA生物传感器用于测定DNA的过程一般包括四个步骤，如图1所示：（1）DNA探针固定：选择合适的固定方法将DNA探针固定到电极的表面；（2）杂交过程：将固定有DNA探针的电极置于待测溶液中，合适的条件下，识别溶液中的目标序列形成双链DNA；（3）杂交指示：将杂交反应信号转化为可以测定的电化学信号；（4）电化学信号的检测：可以将电流、电压或电导作为检测信号。

近年来纳米材料以其吸附能力强、生物兼容性好、催化效率高等优良性质，在生物标记、放大信号和DNA的固定化技术中得到了广泛的应用。纳米粒子具备良好的生物相容性，能为生物活性分子提供一个类似生物分子本体环境的微环境，可以有效地保持生物分子的活性；纳米粒子具有表面效应，使其具有较高的表面吸附能力，是固定生物活性分子的合适媒介。因此，利用纳米粒子作为固定生物分子的载体来构建生物传感器的活性界面，可以制备出性能良好的生物传感器。

在电化学生物传感器的制备中，生物活性分子在电极表面的固定直接关系到生物传感器的稳定性、重现性、灵敏度等性能，是制备过程中的关键步骤。三维有序结构金掺杂纳米TiO₂既具有纳米TiO₂呈现出的特有的光、电、催化等性能，又具备纳米金良好的导电性能；此外，三维有序结构可以使固定的生物分子达到定向排列、取向规则的目的，从而能够有效提高生物分子在电极表面的固定效率及电化学活性。

目前，固定在电化学生物传感器上的DNA探针分为标记型和非标记型两种。与传统的非标记型DNA探针相比，标记型探针不仅可以有效减少非特异性吸附及背景干扰，还可以提高识别和检测特定序列DNA的灵敏度和选择性。目前已发展的标记型DNA电化学生物传感器大多通过标记电活性分子（参见 (a) Xiao Y,Qu X G,Kevin W. Plaxco.,Alan J. Heeger. J. Am. Chem. Soc,2007, 129(39):11896 ; (b) Yang K, Zhang C Y. Anal. Chem,2010, 82(22):9500.）、纳米粒子（参见Zhang Y L,Wang Y,Wang H B,et al. Anal.chem.,2009,81: 1982.）、催化酶（参见Zhang J,Song S P,Zhang L Y,et al. J.Am.Chem.Soc.,2006,128:8575.）等方式来提高分析检测的灵敏度。常用的电活性标记物二茂铁(Fc)标记的DNA探针具有较好的稳定性及氧化还原可逆性，因而是应用最广泛的DNA电化学生物传感器标记分子（参见 (a) F.R.R.Teles,L.P.Fonseca. Talanta,2008,77: 606；(b) Sassolas A,Leca-Bouvier B D,Blum L.Chem.Rev., 2008,108(1):109；(c) Korri-Youssoufi H, Makrouf B. Anal Chim Acta, 2002, 469 :85.）。

发明内容