[发明专利]用于核酸检测的荧光核酸纳米结构-石墨烯生物传感器

说明书

本发明涉及一种氧化石墨烯复合物，其中靶核酸被嫁接到由包含互补核酸和荧光材料的单链探针构成的结构上。所述复合物能够在无需PCR的情况下以低成本和高灵敏度实时检测和量化多种生物标记物(靶核酸)，因此所述复合物可以应用于诊断涉及多种生物标记物的大多数疾病和确认药物使用的效果。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯复合物，所述复合物具有与其附接的由单链探针构成的结构，所述单链探针各自包含与靶核酸互补的核酸和荧光物质。

背景技术

石墨烯具有填充在二维晶格中的碳原子的平面单层结构，并且是具有不同尺寸结构的所有石墨材料的基本结构。即，石墨烯可以是具有零维结构的富勒烯、具有一维结构的碳纳米管或堆叠成三维结构的石墨的基本结构。最近的许多研究指出，石墨烯具有独特的物理特性，例如，由于其六方晶体结构而具有零带隙、两个互穿的三角形亚晶格和对应于单个原子的厚度。另外，石墨烯具有独特的电子转移特性，因此展现出以前未曾观察到的独特现象。这些现象的例子包括半整数量子霍尔效应(Hall Effect)和双极型超电流晶体管效应，而这些也归因于石墨烯的独特结构。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化形式，其可以通过荧光共振能量转移(FRET)现象淬灭有机荧光染料的荧光信号。

同时，检测特定核酸(DNA或RNA)或蛋白质的方法是科学研究中的至关重要的技术。通过能够检测和鉴定特定的核酸或蛋白质，研究人员可以确定哪些遗传和生物标记物是个人健康状况的指标。核酸和蛋白质检测方法的使用使得可以检测样品中存在的致病基因的修饰或特定基因的表达。这种分子诊断被用于各种领域，例如感染性疾病诊断、癌症诊断、遗传疾病诊断和个性化诊断，以诊断疾病的根源诸如DNA或RNA。代表性的分子诊断技术包括在短时间内扩增DNA的PCR技术(Saiki,R.等人,Primer-directed enzymat icamplification of DNA with a thermostable DNA polymerase.Science 239,487-91.1998)。然而，普通的PCR技术需要使用电泳方法来鉴定扩增的D NA。为了进行这样的电泳，需要准备琼脂糖凝胶以及用EtBr等将DNA染色的繁琐操作。另外，最近使用的实时PCR方法由于使用荧光而不需要进行电泳，但是其问题在于需要使用昂贵的仪器和昂贵的荧光试剂(Higuchi,R.,等人,Kinetic PCR Analysis:Real-time Monitoring of DNAAmplification Reactions.Nature Biotechnology 11,1026-1030,1993)。近年来，已经开发并出售了Cepheid的GeneXpert系统和试剂，它们是用于原位诊断的PCR产品，但由于所述系统和试剂非常昂贵，因此难以在一般测试应用中使用(Helb,D.等人,Rapid Detectionof Mycobacterium tuberculosis and Rifampin Resi stance by Use of On-Demand,Near-Patient Technology.J.Clin.Microbiol.48,229-237,2010)。其他方法包括核酸横向流测定，其中在PCR之后使用膜而不是凝胶电泳进行鉴定(Aveyard,J.等人,One stepvisual detection of PCR products with gold nanoparticles and a nucleic acidlateral flow(NA LF)device.Chem.Commun.,41,4251-4253,2007)。但是，此测定比凝胶电泳技术更为复杂，因此无法在实验室中准备和使用。另外，必须使用附接到膜上的探针的序列，以使其可以根据PCR扩增产物特异性结合。由于这些技术限制，此测定在一般应用中的使用有限。特别是，这种基于PCR的测序方法极易受到特定错误的影响，并经常由于数据解释问题而导致严重的误诊。为此，已经进行了研究来表达当血液中的特定核酸生物标记物遇到与其互补的序列时以荧光、电位差、颜色变化等形式发生的改变。然而，对于大多数这些研究，一次只能检测一种生物标记物，因此很难有效地诊断涉及多种生物标记物的大多数疾病。