[发明专利]一种DNA纳米结构修饰的微流控芯片用于光学生物传感及其制备和应用

说明书

本发明提供一种DNA纳米结构修饰的微流控芯片用于光学生物传感及其制备和应用，所述系统包括：微流控通道结构以及连接有Aptamer的HCR结构，所述微流控通道结构包括上下两层，其中上层为PDMS材料板，下层为微阵列基片，所述PDMS材料板内部形成反应腔，所述微阵列基片表面修饰有DNA四面体，所述DNA四面体由A、B、C、D四条核苷酸单链形成，其中A链可以与HCR结构中H2链碱基互补配对连接，所述HCR结构包括引发链I和茎环，即H1链和H2链，所述H1链和H2链的5’端都修饰有荧光基团，所述引发链I与Aptamer连接。采用本系统可以达到高效捕获循环肿瘤细胞的目的。

技术领域

本发明涉及一种生物技术领域，具体涉及一种DNA纳米结构修饰的微流控芯片用于光学生物传感及其制备和应用及其制备方法和用途。

背景技术

恶性肿瘤在国内外都是一种死亡率很高的疾病，对社会经济发展的不良影响越来越显著。目前传统的肿瘤诊断和监控手段主要有影像学检查、穿刺病理学活检及传统的血液肿瘤标记物检测等。但是影像学检查对操作者有较高的要求，且通常仅对1cm以上的肿瘤才具有较好的区分能力；细胞学或组织学穿刺活检具有创伤性，导致患者接受度低；传统的血液肿瘤标记物检测由于缺乏可靠的标志物，导致结果准确性不高。

循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTCs)是由来自实体瘤原发灶火转移灶的肿瘤细胞，自发或由于诊疗操作导致脱离基底膜从而进入外周血或骨髓的肿瘤细胞与肿瘤早期筛查、辅助分期、个性化用药、预后评估及复发转移预警等有密切联系，但血液中CTCs的极低含量带来了捕获检测的极大困难。免疫亲和捕获主要是利用抗原与抗体相结合的方法，对CTC 进行染色标记和捕获，具有简单、快捷、富集效率较高的优势，是未来CTC捕获技术的发展趋势。近年来科研人员尝试了许多方法用于CTCs免疫亲和分离，如微流控技术，生物纳米技术等，目的是增加特定捕获单元与目标细胞的接触程度，提高捕获性能。

微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，通过可控流体，完成全分析过程的一种微技术平台。具有较大表面积体积比的微流控芯片是亲和性分选方法的一个强有力工具。传统的微流控亲和反应直接将抗体结合在通道内，而不制作特殊的内结构，由于微流控芯片中的样品多处于层流状态，使得只有靠近壁面的细胞才能被捕捉，而处于样品流内部的细胞没有与抗体相接触的机会，导致捕获效率较低。通过对芯片进行内部微结构构型设计是提高CTCs与芯片捕获单元结合能力的策略之一。

随着纳米技术的发展，通过表面修饰的不同尺寸、形貌和构成的纳米材料构建的生物纳米界面已被用于发展各种生物纳米检测技术。DNA不仅是遗传信息的承载者，还是天然的纳米材料和结构元件，具有超强的编码和自组装能力。DNA四面体支架的刚性结构有助于顶端探针保持更好的竖直方向性，且四面体的存在使纵向和横向的距离可以通过四面体的大小进行简便的调控，许多研究都表明界面的调控对靶标的识别效率和速率都有着至关重要的作用，横向的距离可以减小探针之间相互缠绕，当连接抗体等较大识别分子时又可以保持一定的空间距离提高捕获分子的活性，有利于提升目标物的识别捕获效率；纵向的距离可以提高靶标扩散到电极界面的扩散速率，使在界面拥有类溶液的识别环境，加快目标物的识别捕获。

核酸适配体(aptamer)，是一类由SELEX技术筛选出来的单链DNA、RNA，通过形成二级结构可以提高亲和力、高选择性结合许多种类的靶标(蛋白、小分子、细胞等)。Aptamer通过人工合成，容易实现功能化修饰，比如修饰染料和其他生物分子耦合等。

杂交链式反应技术(Hybridization chain reaction,HCR)是一种体外核酸等温信号放大技术，是一个没有酶参与的过程。HCR元件包括两个部分：引发探针、两条可杂交互补的并带有粘性末端的发夹形DNA(H1和H2)，当不存在引发探针时，两条发夹探针稳定存在于溶液中。若存在引发探针，引发探针触发HCR反应开始，发夹探针H1和H2相继打开，形成具有多个重复单元的共聚物，直到发夹探针H1和H2消耗完为止，以此实现信号扩增的目的。