[发明专利]一种检测深海环境基因的电化学传感系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种检测深海环境基因的电化学传感系统及检测方法，其目的在于以二茂铁标记的探针作为直接式信号，利用碱基互补配对的原则，通过目标基因诱导探针构型发生变化，改变二茂铁与电极表面的距离产生电流响应，借助三段式封装设计使其实现深海核酸的原位高通量检测。三段式封装设计包括工作站主板舱、线路连接舱和检测舱；含目标基因的细胞裂解液流经检测舱，与传感器探针发生杂交反应，实现目标基因检测；使电化学传感器件能够搭载着陆器进入深海正常、自主运行，实现深海极端环境下的核酸原位检测；二茂铁标记的探针作为直接式信号，无需外加信号来源；无试剂参与，简单易操作。

技术领域

本发明是一种检测深海环境基因的电化学传感系统及检测方法，属于电化学传感技术领域。

背景技术

获取深海微生物或幼虫的功能基因信息，通过组学分析揭示原位环境下功能基因的表达信息和蛋白活性特征，可以实现从细胞基因对深海生物功能探测和对深海生命全方位、立体化的认识。目前深海功能基因的检测主要基于采样瓶采样到陆地实验室进行，周围环境的变化严重影响分析结果。因此，设计一种针对深海微生物或幼虫的功能基因片段原位检测的传感器件与方法迫在眉睫。

直接式信号无试剂电化学传感器具有廉价易得、一步检测等优点，同时芯片化的传感器可用于现场检测。此类传感器主要基于核酸与小分子、核酸、纳米材料等的相互作用设计信号开关。因直接式信号无试剂电化学传感器的便利性，其应用范围十分广泛。在日常生活中，它可以检测食品中的赭曲霉毒素A；在生物分析中，它可以检测全血中的可卡因。因此，充分利用其简便快捷的特性，结合软件控制和仪器封装设计，将其应用于深海环境下的核酸原位检测，为揭示深海原位条件下的微生物群落组学水平上的功能分析提供技术支撑。

发明内容

本发明提出的是一种检测深海环境基因的电化学传感系统及检测方法，其目的在于以二茂铁标记的探针作为直接式信号，利用碱基互补配对的原则，通过目标基因诱导探针构型发生变化，改变二茂铁与电极表面的距离产生电流响应，借助三段式封装设计使其实现深海核酸的原位高通量检测。

本发明的技术解决方案：

将以二茂铁标记的探针作为直接式信号探针，与三(2-羰基乙基)磷盐酸盐震荡反应1小时，取出适量混合液滴加在电极表面组装单层探针分子；随后冲洗干净滴加适量6-巯基己-1-醇封闭未反应的位点。在目标基因存在下，目标基因与探针序列根据碱基互补配对原则形成三链结构，使得二茂铁分子与电极表面距离发生变化，导致电子传递速率改变，最终体现在电流的大小层面。通过电流的大小，可以定性判断目标基因类型，也可以结合标准工作曲线达到目标基因定量目的。

其中，三(2-羰基乙基)磷盐酸盐为直接式信号探针进一步活化；整个检测过程在三电极体系中进行。

通过在电极表面构建直接式信号的无试剂DNA电化学传感器，利用目标基因诱导探针构型发生变化产生电流响应，从而实现深海极端环境下核酸的原位检测，具体步骤如下：

1）将二茂铁标记的探针干粉高速离心，加入缓冲溶液获得一定浓度的探针溶液；

2）将步骤1）得到的探针溶液与三(2-羰基乙基)磷盐酸盐震荡反应活化备用，震荡时间为1小时；

3）打磨金电极表面至镜面光滑；

4）在步骤3）打磨后的电极表面滴加步骤2）制备的活化探针溶液，使探针固定在电极表面；

5）反复冲洗电极表面2-3次，滴加适量6-巯基己-1-醇封闭未反应的电极位点，得到修饰探针的电极；将修饰探针电极安装在直接式信号的电化学传感器检测舱中；

6）将含有一定浓度的目标基因反应液滴加在修饰探针的电极表面，目标基因与探针杂交反应形成三链结构，改变探针上二茂铁分子到电极表面的距离，使得电流信号发生变化；