[发明专利]一种基于DNA功能化纳米复合材料的电化学免疫传感器

说明书

本发明公开了一种基于DNA功能化纳米复合材料的电化学免疫传感器。该电化学免疫传感器是在基体电极上负载树枝状金属后，再加入负载抗体标记物的介孔材料，接着引入DNA杂交链，最后加入活性物质后形成的。其制备包括以下步骤：1）制备基体材料；2）制备负载抗体标记物的介孔材料；3）构建电化学免疫传感器。并公开了一种基于DNA功能化纳米复合材料的电化学免疫传感器在检测毒素中的应用。本发明基于多重信号放大的策略，构建了一种高灵敏度、低检测限的电化学免疫传感器。通过利用DNA扩增技术的高扩增能力，电化学检测的高灵敏性，与纳米材料表面效应放大信号等策略相结合，建立一种快速免疫分析方法，实现了对痕量毒素的检测。

技术领域

本发明涉及一种基于DNA功能化纳米复合材料的电化学免疫传感器。

背景技术

生物传感器是生命物质能感受规定的被测量并按照一定的转换成可用输出信号的器件或装置，它是以固定化的生物材料作为敏感元件，与适当的转换元件结合所构成的一类传感器。根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器和免疫传感器。这五类传感器所采用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织切片、免疫物质。其中免疫传感器由于操作简单、灵敏度高、成本低、稳定性好等优点，其被应用于环境监测、临床诊断、食品安全等领域。

电化学免疫传感器是以抗原或抗体为分子识别元件，通过抗原/抗体的特异性反应，转化器输出与化学物质浓度相关的电信号，来实现对待测物进行定量或半定量分析。电化学免疫传感器主要有直接法、竞争法和夹心法这三种检测方法。直接法是反应液中抗原与抗体的结合引起的某些电化学性质的变化来测试待测体系中抗原（抗体）的含量。竞争法分为直接竞争法和间接竞争法，其中间接竞争法是电极表面固定的抗原与待测体系的抗原竞争结合一抗，加入标记的二抗来结合一抗，之后加入底物测量电信号的变化。夹心法是电极表面固定的抗体和待测抗原结合后，加入标记的二抗结合待测抗原，之后测定加入底物后电信号的变化。

功能化介孔材料由于比表面大、孔径可调、表面存在大量活泼基团、很好的生物相容性和生物可降解性等优点，在生物领域应用广泛，特别在药物缓释研究和对大分子的固定方面。此外，介孔材料可以作为催化剂载体，将金属、金属氧化物等催化剂负载在介孔材料上。将具有热力学稳定的无机介孔材料与有机官能团的性质相互结合，使材料多功能化，对其应用更为广泛。

在生物分析和研究中，以核酸探针信号放大技术为基础构建的生物分子的分析方法受到广泛关注。目前常见的核酸扩增方法有聚合酶链式 (PCR) 放大技术、链置换 (SDA)放大技术、杂交链反应 (HCR) 放大技术、滚环 (RCA) 放大技术及DNAzyme信号放大等。其中杂交链反应是一种无酶信号的放大方式，利用核酸链之间的竞争杂交来实现信号的放大。这种方法由于可以在室温下进行，且不需要其他酶的辅助，在生物传感器中作为信号放大的检测得到广泛的应用。在生物传感器构建中，信号放大是提高检测灵敏度的重要方法，而脱氧核酶 (DNAzyme) 因其具有容易合成和化学稳定性好等优点，广泛应用在催化某些化学反应中。其中富G序列的探针与血红素Hemin结合形成G-四链体-Hemin类DNA酶，G-平面的大共轭体系与hemin的Fe离子发生配位作用形成复合物，具有过氧化酶催化活性。由于G-四链体具有特殊的结构及在生物体内的重要性，推动了高效灵敏检测传感体系的构建。虽然G-四链体-Hemin DNA酶具有易于制备、价格较低等优点，但跟天然辣根过氧化酶相比，其催化活性仍存在很大的差别。为了提高其在生化检测传感器的灵敏度，可以采用多级放大的方式，例如杂交链反应反应 (HCR)。