新型电化学DNA传感器进展课件.ppt

1、 电电 化化 学学 DNA传传 感感 器器 1PPT学习交流 化学传感器化学传感器 是一种小型化装置是一种小型化装置,它能够选择性地它能够选择性地,连续地连续地,可逆地感受可逆地感受液体和气体中化学物质的浓度液体和气体中化学物质的浓度,并将该信息实时地转换为电信号或光信号并将该信息实时地转换为电信号或光信号.一个传感器包括一个传感器包括:1.化学化学敏感层敏感层,即识别系统即识别系统(receptor)2.将化学信息转换为电将化学信息转换为电信号或光信号的换能器信号或光信号的换能器(transducer)3.数据处理电子线路数据处理电子线路,即检测器即检测器(detector).换能器是电化学

2、检测器的传感器都可称为换能器是电化学检测器的传感器都可称为 电化学传感器电化学传感器.电压,电阻,电流或电化学发光信号等2PPT学习交流电化学DNA传感器v 利用单链利用单链DNA(ssDNA)或或基因探针作为敏感元件基因探针作为敏感元件固定在固体电极表固定在固体电极表面面,加入识别杂交信息的电活性指示剂加入识别杂交信息的电活性指示剂(称杂交指示剂称杂交指示剂),共同构成的检测共同构成的检测特定基因的装置特定基因的装置.v 其工作原理是其工作原理是 利用固定固体电极表面的某一特定序列的利用固定固体电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶与溶液中的同源序列的特异识别作用液中的同源序列的特异识别作用

3、(分子杂交分子杂交)形成形成 双链双链 DNA(dsDNA),同时借助一能识别同时借助一能识别ssDNA与与 dsDNA的杂交指示剂的电流响应信号的的杂交指示剂的电流响应信号的改变来达到检测改变来达到检测DNA的目的的目的.v 电化学电化学DNA传感器是近几年迅速发展起来的一种全新思想的生物传感传感器是近几年迅速发展起来的一种全新思想的生物传感器器,其用途是检测基因及一些能与其用途是检测基因及一些能与DNA发生特殊相互作用的物质发生特殊相互作用的物质(如蛋如蛋白质或其它小分子等白质或其它小分子等).3PPT学习交流4PPT学习交流v一般常规检测DNA的方法是先利用凝胶电泳分离不同的DNA序列，

4、再对各组分进行染色以后进行分析检测仪器较昂贵，而电化学DNA传感器因其高的灵敏度、快的响应速度、操作简单、与微加工技术的兼容性好、成本低廉等优点愈来愈受到关注v介绍几种不同设计思想的电化学传感器：5PPT学习交流一直接电化学传感器v最早的电化学传感器：利用在汞电极表面发生的氧化还原反应，很显然，被氧化或还原的的量能反映出被捕获的靶序列的量v这种方法很简单，但是背景电流干扰严重直接氧化要求的电位就很大，会导致其它电活性物发生电极反应v有人检测前把分析物静电富集后再利用来研究的直接电化学，可以达到很高的灵敏度v为了提高信噪比，也有人提出用物理分离法除去背景干扰源如：两步法捕获靶序列将探针固定于磁珠

5、上，与靶序列杂交后，利用磁分离法将磁珠从分析液中分离出来，经酸处理后收集自由的鸟嘌呤和腺嘌呤核苷，再用分析之v检测限达femtomoles（个分子）6PPT学习交流二间接电化学传感器metal complexes,daunomycin,and methylene blue等）它们能选择性的结合在ds链上，7PPT学习交流Au圆盘电极用矾土抛光,再用混合酸清洗,然后再进行电化学处理用被HS(CH2)6-标记的寡聚核苷酸探针修饰电极表面(既将电极置于250C探针溶液中3h)取出洗涤后,用长链烷基硫醇掩盖电极上未被探针分子结合的位点-烷基硫醇(-HS)在Au上形成SAM移取2ul 靶DNA溶液于已被

6、修饰的电极表面并分布均匀,然后在250C保温适当时间杂交(形成ds-DNA)即完成将上述电极置于杂交指示剂溶液中10min,指示剂即沉积于电极上,取出洗去表面未被吸附的指示剂.即可用来做电化学响应测试8PPT学习交流9PPT学习交流 A:ss-DNA probe HS(CH2)6-5-d(TAAGGG AAT GGT TAG GAA GGC)-3,B:fully matched oligonucleotide 5-d(GCC TTC CTA ACC ATT CCC TTA)-3,C:single-basemismatchedoligonucleotide 5-d(GCC TTC CTA ACT

7、 ATT CCCTTA)-3,D:double-base-mismatched oligonucleotide 5-d(GCC TTC CTA ACT C TT CCC TTA)-3,E:fully mismatched oligonucleotide 5-d(CTT GAT ACG GAT CAG AGT CAT)-310PPT学习交流nu(bpy)3e-u(bpy)33来催化G（u(bpy)3 的特征氧化电流来实现靶序列的测定11PPT学习交流12PPT学习交流13PPT学习交流二、电化学DNA传感器的放大检测技术v用用DNA探针做分子识别物质，由于它本身的结构特征探针做分子识别物质，由于

8、它本身的结构特征-两条两条互补单链互补单链(ss-DNA)特异性结合特异性结合，使得电化学，使得电化学DNA传感器的传感器的选择性很好。选择性很好。v现在我们考虑一下如何进一步提高电化学现在我们考虑一下如何进一步提高电化学DNA传感器的灵敏传感器的灵敏度，广泛采用的有靶序列的富集，分离技术还有度，广泛采用的有靶序列的富集，分离技术还有 PCR（聚（聚合酶链反应合酶链反应-核酸的体外扩增技术）等。核酸的体外扩增技术）等。v为了更好的了解生命的本质为了更好的了解生命的本质,很多时候要求很多时候要求单细胞水平的生单细胞水平的生化分析化分析，所以电化学，所以电化学DNA传感器的放大检测技术也很重要，传

9、感器的放大检测技术也很重要，现介绍几种不同思想的现介绍几种不同思想的DNA放大检测技术：放大检测技术：14PPT学习交流15PPT学习交流16PPT学习交流Os(5,6-dmphen)2Os(bpy)217PPT学习交流18PPT学习交流19PPT学习交流v尽管电化学尽管电化学DNA传感器在临床疾病诊断及环境检测方面已得到应用，传感器在临床疾病诊断及环境检测方面已得到应用，并显示了其独特的优越性，但仍存在着挑战并显示了其独特的优越性，但仍存在着挑战/机遇：机遇：v1.DNA探针的尺寸（目前多为几十个碱基大小）与探针的固定技术探针的尺寸（目前多为几十个碱基大小）与探针的固定技术等有待提高。等有待

10、提高。v2.基因样品的生物复杂性，对前处理如提取与纯化技术有很高的要求。基因样品的生物复杂性，对前处理如提取与纯化技术有很高的要求。我们的目标是不需要什么扩增技术直接实现低含量靶序列的测定。我们的目标是不需要什么扩增技术直接实现低含量靶序列的测定。v3.利用此传感器来检测蛋白质将会有更大的复杂性。现在已经进入后利用此传感器来检测蛋白质将会有更大的复杂性。现在已经进入后基因组计划时期，急需一种高通量的蛋白质筛选检测方法来实现按生基因组计划时期，急需一种高通量的蛋白质筛选检测方法来实现按生物活性给人类蛋白组给予分类。物活性给人类蛋白组给予分类。20PPT学习交流Referencev1.Nature Biochemistry,Volum21,11921198,2003v2.Analytica Chemica Acta,347(1997)18v3.Analytica Chemistry,Vol 76,29752980,200421PPT学习交流22PPT学习交流