[发明专利]一种基于纳米钯标记的基因芯片显色方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基因芯片检测技术，尤其涉及一种基于纳米钯标记的基因芯片显色方法，属于纳米技术领域。

背景技术

基因芯片(或称DNA微阵列)技术在生物检测、疾病诊断、药物筛选和基因序列分析上有着极其重要的意义，是目前发展较快的一种高通量筛选技术。它把大量已知序列的寡核苷酸探针集成在同一个基片上(如玻璃、尼龙膜等载体)，然后将标记好(同位素、酶或荧光等)的若干靶核苷酸序列与芯片特定位点上的探针杂交，接着利用各种成像技术，将标记杂交后的信号读出，最后对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析的一套检测系统。

目前，基因芯片杂交结果的检测技术主要有以下几种：同位素标记检测法、荧光标记检测法等。

其中，同位素标记检测法，尽管其灵敏度高，但空间分辨率低。同时，放射性标记检测体系需要特殊培训的技术人员，且还会面临放射性污染及标记活性受半衰期限制的问题。因此，除一些特定实验环境下还在使用外，一般实验室都不采用该技术。

而荧光标记检测法是目前应用最为广泛的一种技术，被国际上Affymetrix公司等重要生物芯片制备公司所采用。它在DNA靶序列上标记荧光染料如Cy3、Cy5，与DNA探针杂交后，荧光杂交信号可通过荧光扫描仪或激光扫描共焦显微镜获取。此法成熟稳定，但所用的扫描仪器较为昂贵，成本较高，而且荧光在空气中易被淬灭。因此，如何结合不同生物分子标记方法的探索，对大量的信息进行简单、价格便宜地解读，仍是科学家的梦想，是目前的一个艰巨的技术问题。

近二十年来，随着纳米材料技术的蓬勃发展，通过对DNA分子进行纳米颗粒标记，然后发展一种分析过程简单、不需要特殊仪器设备的显色法或目测法成为大家的一个努力方向。比如，2002年，美国西北大学Mirkin教授报道了纳米金标记银染的检测方法。与荧光检测方法相比，它的选择性可高出3倍，而灵敏度则可提高100倍之多。其基本原理是将靶DNA末端标记上纳米金颗粒，杂交后，利用化学镀使银离子在金颗粒表面还原沉积，而还原后的单质银呈现出黑色的银染信号。这种信号用肉眼就可观察到，如果用普通的扫描仪扫描后再用相关软件分析信号的灰度，即可得到准确的灰度值。国内的一些研究人员也将该技术引入基因芯片的检测过程中，并纷纷提出各种专利保护如：一种基因芯片的TSA-纳米金标记银染检测法(CN200610135832)、一种基因芯片的纳米金标记银染检测法(CN02113147)、纳米微粒与亲和素标记探针及其制备方法和应用(CN1415759)、可目视化生物芯片的制备方法(CN1955307)等。

尽管如此，作为一种显色法或目测法，金标银染法目前还未见商品化的基因芯片检测中，仍处于实验室的低密度芯片分析试验中。究其原因有多方面，但其中关键一点是检测过程中不易控制银的沉积过程。理论上，作为一个化学镀过程，只有在纳米金存在的地方，才会出现因金的催化作用而沉积银的现象。但实际过程中，由于银的氧化还原电极电势较大，很容易就被还原。随着银染的进行，经常出现纳米金标记处刚出现黑色银斑点的同时，整个镀液也变成黑色，还原后的银在载玻片表面四处非特异性的沉积，从而给整个芯片的后期分析带来影响。为此，寻求一个新的基因芯片显色法对发展可目视化的芯片检测技术将有着重要意义。

纳米钯颗粒近年来一直吸引了众多研究者的目光，2007年因为其在Suzuki和Heck反应上出色的催化性能，而促使两位科学家获得化学Nobel奖。与纳米金相比，钯的催化范围更广。从化学镀角度看，钯不仅可以催化银的沉积，而且还可以催化钴、镍、铁、铜等金属的还原。同时，从钴、镍、铁、铜等金属的催化还原过程看，由于它们的氧化还原电位没有银离子的高，化学镀过程中，这些金属沉积过程的特异性非常强，只有出现纳米钯标记的地方才会出现金属沉积。从而可以有效地解决以上基于纳米金标记银染的基因芯片目视化技术的所有缺点。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对目前基因芯片目测法或显色法中(特别是金标银染的检测方法)存在的反应过程不易控制、特异性差等缺点，基于纳米钯标记与对应的显色方法，提供一种全新的基因芯片显色方法。

技术方案：本发明所述的基于纳米钯标记的基因芯片显色方法，将纳米钯取代纳米金进行样品生物分子标记，然后将纳米钯标记后的样品DNA与芯片进行杂交。或者先将样品生物分子与芯片杂交，然后再进行纳米钯标记。在完成芯片上纳米钯的标记后，再将芯片浸入含有钴、铜、镍或其他金属离子的镀液中进行化学镀，沉积金属，从而完成可视化过程。最后，利用普通的光学扫描仪对其扫描，进行信号的定量分析。