[发明专利]一种基于磁颗粒及等温核酸扩增方法组装的比色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磁颗粒及等温核酸扩增方法组装的比色传感器及其制备方法和应用，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件，所述分子识别元件由磁颗粒表面修饰的DNA锚定链及DNA识别链组成；所述信号放大元件包括等温扩增体系和DNA燃料链；所述信号转换元件包括DNA酶链、ABTS和过氧化氢。在有目标核酸存在时，目标核酸和DNA燃料链共同启动循环链置换反应，释放出大量具有催化性能的DNA酶链。磁分离后，上清液中的DNA酶链可以结合血红素形成具有类过氧化物酶催化活性的结构，在过氧化氢的存在下，可催化近无色的ABTS氧化为绿色的氧化产物，通过裸眼观察或比色光谱可实现对目标核酸的现场原位快速检测。

技术领域

本发明属于比色生物传感及核酸检测技术领域，具体涉及一种基于磁颗粒及等温核酸扩增方法组装的比色传感器及其制备方法和应用。

背景技术

传染病的传播和爆发是当今世界关注的重要问题之一。传染病通常由细菌、病毒、真菌和寄生虫等微生物引起，对人类健康和经济发展造成了巨大威胁。准确及时发现感染和病原鉴定是疾病预防、治疗和监测的关键。针对病原体的核酸检测在医学诊断和疫情防控中具有重要的意义，并受到高度关注。目前检测病原体核酸的主要方法为聚合酶链式反应(PCR)。该方法需要特定的专业仪器和专业的实验人员，针对目标核酸设计引物并进行核酸扩增，存在耗时长、成本高及操作繁琐的问题，无法满足在短时间内对病原体核酸进行现场即时检测需求。因此，发展快速、灵敏、现场的核酸检测传感器对于实现核酸即时检测意义重大。相比于PCR方法，无酶催化的等温核酸扩增反应无需对温度进行严格控制，并可以作为反应信号扩增元件提高检测灵敏度，在化学和医学诊断的传感和检测应用方面受到了广泛关注。常见的等温核酸扩增反应包括链置换扩增(Strand DisplacementAmplification，SDA)、滚环扩增(Rolling Circle Amplification，RCA)、杂交链式反应(Hybridization Chain Reaction，HCR)、催化发卡循环反应(Catalytic HairpinAmplification，CHA)等。其中，链置换扩增由于操作简单、扩增效率高，易设计等特点备受关注，在生物传感中得到了广泛应用。

比色检测由于成本低、分析时间短、读数直观，不依赖昂贵的实验室设备或复杂的程序，一直是现场检测方法的研究热点。通过传感体系中有色试剂或纳米颗粒的颜色变化，可以直接实现目标分子的检测。DNA酶链是通过指数富集的配体系统进化技术(SELEX)得到的一种功能核酸序列，如G-四链体DNA酶是一类具备HRP辣根过氧化物酶催化活性的DNA酶，与氯化血红素(Hemin)结合后可形成G-四链体/Hemin复合体，能催化无色的反应物(如ABTS)变为有色的氧化产物，可作为比色传感器中的信号输出元件。DNA酶成本低廉、易于保存且稳定性好，将其与核酸等温扩增策略结合可以降低检测成本，改善生物传感器的检测性能，为现场即时核酸检测方法提供新思路。此外，磁颗粒(Magnetic Beads，MB)具有优异的高比表面积、良好的分子富集特性及快速的磁分离特性，在即时传感器的构建中独具优势。

发明内容

针对当前检测病原体核酸方法单一、耗时长、受大型仪器限制等缺点，本发明提供了一种基于磁颗粒及等温核酸扩增方法组装的比色传感器及其制备方法和应用，可用于多种核酸分子的检测，实现传染性病毒核酸的快速、灵敏、即时检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于磁颗粒及等温核酸扩增方法组装的比色传感器，包括分子识别元件、信号放大元件和信号转换元件；

所述分子识别元件由磁颗粒表面修饰的DNA锚定链及DNA识别链组成；

所述DNA锚定链具有如SEQ ID No.1所示的序列；

所述DNA识别链具有如SEQ ID No.2或SEQ ID No.11所示的序列；

所述信号放大元件包括等温扩增体系和DNA燃料链；