[发明专利]一种基于DNA纳米四合体的氧化铟锡场效应晶体管生物传感器及其应用

说明书

本发明公开了一种基于DNA纳米四合体的氧化铟锡场效应晶体管生物传感器及其应用。所述生物传感器包括发夹结构捕获探针DNA H1、发夹结构置换探针DNA H2、发夹结构DNA H3、发夹结构DNA H4、氧化铟锡场效应晶体管。该生物传感器结合生物素‑链霉亲和素新型生物反应放大系统的核酸杂交产物cHCR‑SANTs具有稳定的空间网状结构，且cHCR‑SANTs可向四周不断延伸而不仅是垂直于沟道表面，有效提高了徳拜长度内的核酸杂交效率，从而极大改变了沟道表面的电荷变化，实现超低浓度的目标核酸检测。

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种基于DNA纳米四合体的氧化铟锡场效应晶体管生物传感器及其应用。

背景技术

新冠病毒的检测至关重要。临床主要针对SARS-CoV-2的抗体和核酸进行检测。SARS-CoV-2抗体检测操作简便、检测快速，但抗体具有一定的窗口期，仅可作为核酸检测的补充手段。核酸检测作为诊断病原体感染的“金标准”，具有早期诊断以及灵敏度和特异性高等特点，适用于无症状感染者的早期筛查以及患者疾病的管控。当前市面上已有的新型冠病毒核酸检测方法有全基因组测序（NGS）、实时荧光反转录酶链式反应（RT-PCR）、CRISPR技术，以及基于等温扩增技术的核酸检测。

其中，NGS技术操作较为复杂、检测时间相对较长(24~72 h)、检测灵敏度相对较低；RT-PCR在操作过程中极易造成气溶胶污染而产生假阳性信号；CRISPR 系统出现时间尚短，仍存在有脱靶的可能，其灵敏度和特异性还有待考证。基于等温扩增技术的核酸检测技术，主要有逆转录环介导等温扩增（RT-LAMP）和切口酶扩增反应（NEAR）技术。其中，RT-LAMP检测程序较复杂、检测时间长(需要花费数小时，且检测结果需要经过复核），常出现假阴性结果；NEAR反应机制复杂，产量易受模板限制，且对于短序列的检测假阳性率高。

常规的场效应晶体管（FET）生物传感器，是在栅极表面固定探针，利用碱基互补配对原则捕获目标核酸，这使得超出徳拜长度的垂直型核酸信号无法检测到。然而在本发明专利中，利用氧化铟锡（ITO）沟道来固定探针，通过结合杂交链反应（HCR）和生物素-链霉亲和素亲和放大系统（BAS）所形成的核酸杂交产物（cHCR-SANTs）具有循环延伸的空间网状结构。这种情况下，核酸产物可向四周不断延伸而不仅是垂直于沟道表面，有效提高了徳拜长度内的核酸杂交效率，从而极大改变了沟道表面的电荷变化，实现超低浓度的目标核酸检测。

本方法相较于其他专利，采用了等温、免标记、无酶参与的杂交链反应（HCR）核酸扩增技术，它是基于两条DNA发夹链同时完成底物识别和信号扩增过程的靶向触发扩增系统，发夹型的DNA结构降低了非特异性杂交的可能性，具有操作简单，检测时间相对较短(约2h)，放大效率高、特异性强等优势；结合基于高选择性、高亲和性的生物素-链霉亲和素（BSA）新型生物反应放大系统，使核酸杂交产物具有不断空间延伸的稳定的网状结构，提高了徳拜长度内的核酸杂交效率；利用易集成、微型化氧化铟锡场效应管作为信号转换器，实现了超低浓度目标物的高灵敏度检测。本发明专利方法有望为即时医疗（point of care）提供一种新型的便携式核酸检测工具。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种基于DNA纳米四合体的氧化铟锡场效应晶体管生物传感器及其应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于DNA纳米四合体的氧化铟锡场效应晶体管生物传感器，包括以下组件：发夹结构捕获探针DNA H1、发夹结构置换探针DNA H2、发夹结构DNA H3、发夹结构DNA H4、氧化铟锡场效应晶体管（ITO FET）；

所述发夹结构捕获探针DNA H1的核苷酸序列为：5’-CCATAACCTCCACATACCGCAGACGGAATGTCTCCCGTCTGCGGTATGTGGTTTTTTTTTTTTTTT-NH₂-3’；