[发明专利]一种用于检测microRNA的阴极光电传感器的制备方法

说明书

本发明公开一种基于p‑n异质结猝灭模式和CRISPR/Cas12a反切活性的阴极光电化学生物传感器检测microRNA的制备方法。利用Bi₂S₃量子点与NiO的信号猝灭作用构造了“on‑off‑on”信号模式。首先制备染料敏化的[(C6)₂Ir(dcbpy)]⁺/NiO/ITO电极，然后将连接有Bi₂S₃量子点的DNA链连接到电极上。随后在待测液中加入发夹结构H1，在靶标miRNA存在的情况下，H₁被打开，CRISPR/Cas12a上的crRNA与H₁的暴露端互补配对结合进一步激活了CRISPR/Cas12a的反式裂解活性。将混合液滴加到电极上，已经被激活的CRISPR/Cas12a将会切割电极上的Bi₂S₃量子点DNA链，使Bi₂S₃量子点离开电极，从而使光电流回复为“on”状态，实现对microRNA的检测。

技术领域

本发明属于光电化学及生物分析领域，具体涉及一种用于检测microRNA的基于p-n异 质结猝灭模式和CRISPR/Cas12a反切活性的阴极光电化学生物传感器。

背景技术

microRNA(miRNA)是细胞内一种短单链内源核苷酸，在许多肿瘤细胞内特异性表达， 是一类热门的肿瘤标志物。本发明中所检测的miRNA为miRNA-122，在肝细胞中含量丰富， 通常占到肝细胞总miRNA含量的70％，在肝癌细胞中表达为数量显著下调或者缺失，可作 为检测肝细胞癌的特异性生物标志物。因此，对miRNA-122进行检测有利于对早期肝细胞癌 的诊断，及时掌握疾病的进展以及帮助治疗。

CRISPR体系是一种在生物传感领域被广泛应用的生物技术工具。本发明中所使用的 CRISPR/Cas12a是一种2类V-A CRISPR相关酶，可以通过与单链引导RNA(crRNA)相结 合从而靶向检测DNA/RNA，同时通过编辑不同的特异性crRNA可以达到特异性检测靶标 DNA/RNA的目的。这一特性使其在识别目标时具有良好的特异性，同时也使其在面对不同 的生物分析物时具有更大的选择灵活性。此外，CRISPR/Cas12a-crRNA复合物与引导互补的 单链DNA(ssDNA)结合后，还能表现出强的、非特异性的ssDNA反切割活性。在本发明中将CRISPR/Cas12a应用于光电生物传感器中，在被特异性单链DNA激活后切割电极上的单链DNA产生信号变化。

光电化学传感是一种新兴的检测技术，同时具备化学发光和电化学的优点，并具有灵敏 度高，设备简单，成本低廉，易于微型化和集成化等优势。目前，miRNA-122常见的检测方 法有荧光分析检测、电化学分析检测、电化学发光分析检测和光电分析检测，相比之下光电 化学生物传感器技术的高灵敏度和低成本在检测miRNA方面更加具有优势。阴极光电化学 传感器技术是将功能性p型半导体与光电生物传感器技术两者的优势相结合而形成的新型检 测方法。在光电化学生物传感器的应用中p型半导体材料在电解液中更倾向于与电子受体相 互作用而非电子供体。与传统的光电化学传感技术相比，阴极光电化学生物传感器技术具有 有效抵抗还原性物质干扰的特点因而与阳极光电生物化学传感器相比较稳定性更好。目前研 究广泛的p型NiO材料具有稳定性高，成本低以及生物相容性好等优点但是自身的光电转换 效率低限制了它在实际光电检测中的应用。因此如何改善NiO光电转换效率低下的问题亟需 解决。考虑到NiO的纳米结构具有较高的表面积因此在表面上负载敏化剂进而敏化NiO来提 高其光电转换效率是一种可行的方法。分子染料是一种常见的敏化剂，具有组装过程可控， 稳定性高，复现性强等优点，同时与电解液间具有良好的电子通信性能可以控制分子染料在 NiO表面的取向和排列。本发明引入了一种铱配合物作为敏化剂敏化NiO来提高NiO的光电 转换效率。

发明内容：

鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于p-n异质结猝灭模式和CRISPR/Cas12a 反切活性的阴极光电化学生物传感器用于检测microRNA的制备方法。