[发明专利]一种生物分子马达共振传感器的构建及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米分子马达传感器生物新技术领域，发现了转式ATP马达与共振的相关性，涉及了ATP马达传感器的共振传感器设计，组装与生物领域中的应用。

背景技术

共振是物理学上专业术语，产生共振的重要条件之一，就是具有弹性，而且一件物体受外来的频率作用时，它的频率要与后者的频率相同或基本相近。共振不仅在物理学上运用频率非常高。而且，共振是宇宙间一切物质运动的一种普遍规律，当然共振也是普遍存在于生命中了。但是应用共振现象组建生物分子马达超灵敏的共振传感器，未见报导。

发明内容

本发明人在构建旋转式生物传感器过程中，发现了负载与转速之间存在激活/压制的现象，而且信号的变化与负载之间存在非线性关系。常用力学理论不能解释旋转与负载之间的非线性现象，但是可用共振理论来描述。本发明，将分子马达旋转型传感器发展成为共振型的传感器。此类生物传感器的调控因素更加复杂，各种调控要求更高，但是一旦找到了共振的条件将它的应用发展到了一个更高的水平。即使当每个孔的抗体分子数在(pg/ml，well)时，但是其测定抗原的灵敏度可达到(fg/ml，well)，要超过其抗体分子数本身的1000倍以上；使传感器的信号放大与超灵敏的检测成为可能。并可将其原理广泛应用于生物大分子的各个领域。

在专利200410098929.9(公开日：2006年6月21日，CN1789425，已授权)中，我们基于F-ATPase分子马达的特殊结构功能研究发明了一种可调控分子马达微动力生物传感器，该传感器利用抗体技术通过β亚基抗体-生物素-链酶抗生物素-生物素与生物大分子，病毒分子特异性抗原的抗体相连接来实现对分子马达旋转功能的调控和作为生物微动力传感器件在固相的应用。

本发明是对申请号为200410098929.9的中国专利(公开日：2006年6月21日，CN1789425，已授权)进行的进一步重要改进，首先，构建了转子旋转式生物传感器技术，将以前分子马达传感器的定子调控测定技术，发展成为转子旋转式生物传感器技术，并且发现，转子旋转式生物传感器是一个共振式旋转生物传感器，具有多个共振频率，由于上述重要的变化，对于分子马达的制备技术，调控方法等也有重要改进，从而将分子马达微动力生物传感器推向了一个更加敏感，更加快速，更加方便应用的新高度。

本发明为实现上述目标所实施的技术方案是：基于ε亚基作为转子调控原理，分子马达旋转速度的调控，引入了不仅是取决于负载的大小，而且取决于浓度变化与共振之间的关系，对此类生物传感器的调控因素更加复杂，各种调控要求高，但是一旦找到了共振的条件，就能得到比其它技术更加灵敏的测定生物大分子的方法。用密度梯度离心制备大小均一、活性高的载色体，利用ε亚基特异抗体对抗原、核酸及小分子进行了超灵敏快速检测。该方法适合芯片通量以及自动化的操作。将分子马达微动力传感器的应用发展，更加，灵敏，快速，方便与实用。

本发明与CN1789425主要区别为：(1)F₀F₁-ATPase分子马达活性的调控原理不同，CN1789425的原理是转速随负载重量变化而改变(定子调控)，而本发明是我们发现F₀F₁-ATPase分子马达活性由F₀F₁-ATPase分子马达ε亚基负载转子共振调控的现象，并且利用此原理可设计全新的生物传感器，根据ε亚基负载可调控双浓度变化，本发明通过将识别探针(抗体，核酸)连接到ε亚基来调控分子共振调控的现象(转子调控)，(2)本发明将在固/液相中进行旋转马达生物传感器的制备以及检测工作，使得制备过程以及检测过程方法大大加快，并且生物活性和均一性得到显著提高，有利于旋转式生物传感器技术应用于高通量的检测以及自动化的实施。(3)本发明对于ADP的纯度要求很高(AmrescoADP货号：0160，纯度达到99％)，从而使生物传感器技术能够检测出共振调控的现象，更灵敏的活性变化：(4)实时动态法：传统抗体抗原结合(配体受体结合)反应存在两个阶段a.快速反应阶段(特异识别，如亲和力，氢键，疏水作用等)；b.分子构象变化.传统抗体抗原Elsia技术需要两个阶段才能观察，本发明将分子马达生物传感器与靶分子的结合和检测两个步骤合并为一步进行，边结合边检测，不需要去除游离分子，只需要快速反应阶段，大大提高了检测速度，可达到数秒之内实时动态法；(5)由于引入了高纯度的ADP，超灵敏可达到分子水平。(6)本发明可用于抗原检测，也可用于RNA，DNA的检测，核酸检测不需要进行扩增，克服了扩增带来的假阳性问题。