[发明专利]一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件及其应用

说明书

本发明公开了一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件及其应用。本发明的一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件，DNA单分子器件以单链DNA分子作为识别元件，其序列为ACGCGCGT，3’端修饰有巯基。本发明利用STM‑BJ技术检测插层DOX与未插层DOX的DNA分子结的电导变化从而来实现对DOX的识别。本专利是利用DNA分子所具有的序列和长度可定制、分子结构易进行化学修饰等特点，设计和构筑出对于药物分子具有识别和检测能力的DNA分子结,为后续研发出基于DNA分子结的高特异性、高灵敏度的生物检测原型器件提供一种新型策略。

技术领域

本发明涉及分子电子学技术领域，尤其涉及一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件及其应用。

背景技术

经历多年的发展，现阶段的超大规模集成电路的发展面临着极大的挑战。在市场对缩减硅芯片尺寸和提升电路集成度的不断要求下，强电场、热耗散和量子效应等问题变得尤为突出。制造上的困难无法被突破，这成为基于硅的电子学难以逾越的技术障碍，摩尔定律也会遇到瓶颈。为在电子器件和集成电路上做出实质性突破，科学家们开始跳出“自上而下(Top-down)”的固有思维，转而从“自下而上(Bottom-up)”的模式思考问题，分子电子学由此孕育而生[2]。而尺寸在0.5和3nm之间的分子，拥有丰富的电子、光、磁、热电、机电和分子识别性能，是硅CMOS装置的理想替代者。

众所周知，DNA是染色体的重要组成部分，储存有生物代系之间传递的遗传信息。DNA分子又因其独特结构而具有很多特性：它是一种理想的自组装体系，通过基团的修饰或是结构的设计，容易组装出满足需要的分子片段。DNA分子又具有很好的延展性，其持久长度可以达到50nm，因此甚至可以充当“飞线”，承担起对分子电路的修复和改造功能。典型的DNA分子的直径约为2nm，与分子器件的尺寸相契合。因此，DNA分子可以作为一种构筑单分子器件的材料。随着微纳米加工技术的快速发展，科研者已经能够制备出与DNA分子的长度相匹配的纳米间隔电极对。利用纳米间隔电极对，研究者可以方便地构筑形如电极—DNA分子—电极的分子结，从而把DNA分子接入到宏观的电学测试装置中，进而开展DNA分子电输运性质的相关研究。

DNA又是许多临床癌症药物的主要分子靶标，药物分子作用于DNA可以在基因水平上破坏特定的基因表达，用于治疗病原性疾病，尤其是癌症和病毒性疾病。阿霉素(Doxorubicin，DOX)作为一种抗生素类药物，是蒽环类抗癌药物家族的一员，广泛应用于多种恶性肿瘤的临床治疗，对固体和液体肿瘤的癌细胞杀伤效果显著。作为一种DNA插入剂，DOX包含三个功能区域，一是插入在dsDNA的两个碱基对(BP)之间的蒽醌环；二是蒽醌环中的一个子区域，该子区域通过与DNA碱基形成氢键(HBs)来稳定DOX-DNA复合物；三是柔红胺，具有氨基糖基的结构区域，充当凹槽粘合剂。DOX的插入可引起dsDNA构象发生变化，干扰酶拓扑异构酶Ⅱ，从而抑制dsDNA复制和转录，达到控制癌细胞分裂扩散的目的。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件及其应用。

本发明的一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件，DNA单分子器件以单链DNA分子作为识别元件，其序列为ACGCGCGT，3’端修饰有巯基。

本发明的一种可插层识别阿霉素的DNA单分子器件识别阿霉素的方法，基于扫描隧道裂结技术，利用液相中的DNA分子与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属—DNA分子—金基底形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测采集其电导信号；利用液相中的含有插层DOX的DNA分子与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属—DOX-DNA分子复合物—金基底形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测采集其电导信号；在电导测量时，插层有DOX的DNA分子结与未插层DOX的DNA分子结的电导值会有明显的变化，电导统计峰会发生明显的偏移，从而到达检测识别DOX的目的。