[发明专利]一种可再生的通用型太赫兹超材料传感器

说明书

本发明涉及一种可再生的通用型太赫兹超材料传感器，通过通用型探针和适配体将多种类待测靶标精准捕获于超材料芯片表面，并通过尿嘧啶剪切酶剪切适配体的特异酶切位点，获得通用型、可重复使用的再生性太赫兹超材料生物传感器。通过将不同种类靶标的特异适配体固定在超材料的不同反应模块，可实现病原菌及其耐药基因等多种类靶标的快速、无标记、特异、联合检测。重复检测次数达到6次，检测时间仅为2h，检测最低细菌浓度低至100cfu/mL。

技术领域

本发明属于生物检测领域，涉及一种可再生的通用型太赫兹超材料传感器。

背景技术

太赫兹(terahertz，THz，1THz＝10¹²Hz)波是频率在0.1～10THz的电磁波，基于THz可以对化学和生物物质进行非标记、非接触和非破坏性检测的优点。THz波能够以一种纯物理过程、无需标记的方式在同一时间节点揭示多种生物大分子的结构和功能信息，从而可能为病原菌无标记检测提供一种与现有技术完全不同的革命性新型技术手段。然而，大多数微生物的大小约为太赫兹波长的λ/100，导致低散射横截面，因此THz对大部分细菌的响应信号较弱。

超材料MMs(Metamaterials)是由周期性排列的亚波长谐振单元和载体构成的人工复合电磁材料。在入射THz波的作用下，通过超材料的局域电场增强特性，可增强超材料与生物分子之间的相互作用，进而提高THz用于生物检测的灵敏度。已有研究报道基于超材料的THz检测技术应用于各种生物大分子检测与分析如葡萄糖、尿酸、乳糖、血清白蛋白等。但基于MMs的太赫兹传感器直接用于检测生物样本仍存在以下不足：(1)缺乏特异的识别系统，特异性较差；(2)太赫兹超材料传感器都不具有可再生性，难以重复使用，检测成本较高，(3)截止目前报道的太赫兹超材料传感器，只能用于蛋白或核酸的单一捕获检测，尚不能满足同时检测核酸和蛋白等多种类靶标的需求

适配体是一段通过筛选后能够特异识别把物质的一段人工合成的核酸序列。与传统的抗体相比，适配体具有以下特点和优势：对目标靶分子具有与抗体相当亲和性；可以大量、快速的在体外合成，制备方法更为简单快捷；稳定性优于抗体，利于储存。适配体能有望代替抗体用于特异捕获核酸、蛋白等多种类靶标。

因此，急需一种特异检测多种类靶标的可再生太赫兹超材料生物传感器及相应的检测方法，用于病原菌及其耐药基因的准确、快速、联合、无标记检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可再生的通用型太赫兹超材料传感器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可再生的通用型太赫兹超材料传感器，包括太赫兹超材料芯片，以及包被于其表面的通用型固定探针和包含特异酶切位点的适配体，所述通用型固定探针为5’端经巯基修饰的核苷酸序列，包括适配体结合区域，所述核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述适配体包括靶标特异识别区域、固定探针结合区域以及尿嘧啶酶切位点。

优选的，所述芯片由硅基底及其表面的亚波长金属谐振单元组成，谐振单元的材质进一步优选为金。

进一步优选的，所述芯片的几何参数为：硅基底的厚度h＝500μm，谐振单元开口宽度g＝2μm，谐振单元内环与环之间的距离d＝4μm，谐振单元的宽度w＝2μm，谐振单元表面金属膜的厚度为150nm。谐振单元开口宽度g＝2μm与细菌的尺寸相匹配以达到局域电场增强提高检测灵敏度。

优选的，所述适配体与固定探针互补结合。

进一步优选的，所述适配体序列为SEQ ID NO.2所示的S.aureus(金黄色葡萄球菌，Staphylococcus aureus)适配体序列和SEQ ID NO.3所示的rpoB(结核分枝杆菌利福平耐药基因)适配体序列。