[发明专利]一种光致电化学生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于DNA纳米树枝放大信号的光致电化学生物传感器及其制法和应用；本发明的技术方案是利用痕量DNA引发外切酶III辅助循环放大反应，从而产生大量产物链，将DNA滚环放大与链式杂交相结合形成纳米树枝，利用大量卟啉锰嵌入纳米树枝从而淬灭硫化铋光电信号，制备了一种简便、实用的光致电化学(PEC)传感器，实现了对痕量DNA的超灵敏检测，该研究在临床诊断、基因治疗、环境监测、食品安全等领域具有很好的应用潜力。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体的说是涉及一种光致电化学生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

目前，对检测和量化化学、生物化学和生物物质的快速、高度专一的方法存在着越来越多的需求。最迫切需要的是测量少量药物、代谢物、微生物和其它具有诊断价值的物质的方法。比如麻醉药、毒药、用于治疗目的的药物、激素、致病微生物、病毒、抗体、代谢物、酶和核酸等，检测特定痕量DNA序列在临床诊断、基因治疗、环境监测、食品安全等领域非常关键。

光电化学(Photoelectrochemical，PEC)生物传感，是一种结合了光电化学分析技术及生物传感技术而发展的新型检测方法。其检测原理是基于光电活性物质的光电转换特性来确定检测物的浓度。在光电化学检测过程中，光被用作激发信号激发光敏物质，而电信号作为检测信号。激发信号与检测信号形式的不同，使得背景信号降低，因此，PEC分析技术具有更高的灵敏性。

但是，目前光电传感器的光电信号和灵敏度有限，经大量研究发现，卟啉锰是一种将锰整合成卟啉的金属配合物，具有生产成本低、化学性能稳定、催化性能高效和优越的生物相容性等优点，因此，可以用于光电化学分析当中。

本发明采用DNA滚环放大与链式杂交相结合形成纳米树枝，通过嵌入树枝卟啉锰淬灭硫化铋光电信号，制备了一种灵敏、简单、实用的光电化学平台，用于检测痕量目标DNA。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于新型光电材料和DNA纳米树枝放大信号的光致电化学生物传感器；以及所述光致电化学生物传感器的制备方法及其检测痕量目标DNA的分析应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光致电化学生物传感器的制备方法，包括：

通过滚环放大技术、链式杂交形成DNA纳米树枝，利用此纳米树枝嵌入卟啉锰实现对硫化铋(Bi₂S₃)光电信号的淬灭，制备了一种简便、实用的光致电化学传感器，实现了对目标DNA的超灵敏双信号检测。

优选的，上述的光致电化学生物传感器的制备方法，包括：

(1)准备DNA滚环模板，将环模版序列DNA、连接DNA、二次水和的10×T4DNA连接酶的缓冲溶液混合，经退火，然后自然冷却到室温，得到混合溶液，再将T4DNA连接酶加入到混合溶液中连接，然后对混合溶液中的T4DNA连接酶进行第一次灭活处理，再加入外切酶体系，进行切割处理，然后对混合溶液中的外切酶I和外切酶III进行第二次灭活处理，得到DNA滚环模板，备用

(2)外切酶III辅助循环放大过程：先对HP进行退火处理，然后自然冷却到室温，得到发卡结构，然后和目标DNA、外切酶III及外切酶缓冲溶液进行混合反应，得到产物链；

(3)卟啉锰淬灭硫化铋的PEC平台制备过程：首先，将Bi₂S₃悬浮液滴在ITO电极表面，待电极干燥后滴入AuNPs，待电极干燥后再加入H1溶液，加入MCH封板，然后将产物链滴在电极表面上进行第一次孵育处理，再在电极表面加入phi29DNA聚合酶、10×phi29DNA聚合酶缓冲溶液、dNTPs和DNA滚环模板进行第二次孵育处理，然后加入H2溶液、H3溶液进行第三次孵育处理，再加入卟啉锰进行第四次孵育处理，最后将修饰好的电极用TE缓冲液洗涤，然后在空气中干燥，即得所述传感器。