[发明专利]一种基于多腺嘌呤的倒置茎环比率型电化学DNA生物传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种基于多腺嘌呤的倒置茎环比率型电化学DNA生物传感器及其应用，所述电化学DNA生物传感器包括多腺嘌呤倒置茎环探针、亚甲基蓝修饰的信号探针、二茂铁修饰的内标探针和金电极，所述多腺嘌呤倒置茎环探针为三嵌段倒置茎环结构。所述多腺嘌呤倒置茎环探针的骨架结构从5’‑3’依次为：第三结合区域‑第一结合区域‑第二结合区域，所述第二结合区域和第三结合区域杂交互补配对形成倒置茎环结构。本发明中所述电化学DNA生物传感器采用亚甲基蓝和二茂铁的峰电流的比值作为信号输出，可以有效排除检测过程中微环境的变化、电极有效面积不同、组装捕获探针密度不同等因素的影响，检测性能优越，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物分子检测技术领域，具体涉及一种基于多腺嘌呤的倒置茎环比率型电化学DNA生物传感器及其应用。

背景技术

众所周知，电化学DNA生物传感器具有很多优点，例如简单、灵敏度高、选择性好和较低的检测成本。目前它已被广泛应用于各种分析物的检测，从离子到小分子到核酸，甚至蛋白质。然而，常规的电化学DNA生物传感器通常局限于单信号模式，这就不可避免地引入来自底物和检测系统等干扰因素，包括单个电极表面积不同、电极表面组装DNA个数不同、复杂生物样品中其它生物分子在传感界面上的非特异型吸附和迟缓的电子转移动力学等，这就会导致实验结果重复性差，背景信号高，灵敏度不足够高。

为克服单信号模式的内在缺陷，最近，科学工作者致力于开发双信号模式的电化学DNA生物传感器，即比率型电化学DNA生物传感器，因为双信号的比率强度与传感器或检测底物试剂浓度无关，它可以通过自校准能力得到更精确的信号。

2015年，Ellington等首次构建了基于分子信标的比率型电化学生物传感器，分子信号的两端分别标记经典的电活性物质(二茂铁和亚甲基蓝)，亚甲基蓝作为构象变化的信号输出，二茂铁作为内部控制，在构象转变过程中，只有亚甲基蓝信号探针与电极表面之间的距离发生了明显的变化引起方波伏安曲线上峰电流的变化，而二茂铁控制探针与电极表面之间的距离保持相对恒定，采用亚甲基蓝和二茂铁的峰电流的比值作为信号输出，重复性比经典的电化学DNA生物传感器小1个数量级，而且不影响其灵敏度或选择性。随后，一系列的比率型电化学生物传感器被开发出来，用于循环肿瘤DNA、汞离子、凝血酶、卡那霉素的检测。

但是，目前的检测DNA的比率型电化学生物传感器仍然存在稳定性差的问题，因此，提供一种重复性好、稳定性更高的检测DNA的比率型电化学生物传感器具有重要应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于多腺嘌呤的倒置茎环比率型电化学DNA生物传感器及其应用，所述电化学DNA生物传感器中含有一种三嵌段倒置茎环结构的多腺嘌呤DNA探针，无需特别修饰，仅依靠中间的多腺嘌呤与金的共价结合就能够实现捕获探针在金电极表面的紧凑和有序组装。

本发明中所述电化学DNA生物传感器采用亚甲基蓝和二茂铁的峰电流的比值作为信号输出，可以有效排除检测过程中微环境的变化、电极有效面积不同、组装捕获探针密度不同等因素的影响，取得再现性小于2.77％，无需信号放大，检测限就能达到0.34pM的优越性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于多腺嘌呤的倒置茎环比率型电化学DNA生物传感器，所述电化学DNA生物传感器包括多腺嘌呤倒置茎环探针、亚甲基蓝修饰的信号探针、二茂铁修饰的内标探针和金电极；所述多腺嘌呤倒置茎环探针为三嵌段倒置茎环结构。

优选地，所述多腺嘌呤倒置茎环探针的骨架结构从5’-3’依次为：第三结合区域-第一结合区域-第二结合区域，所述第二结合区域和第三结合区域杂交互补配对形成倒置茎环结构。

优选地，所述第一结合区域用于与金电极共价结合，形成自组装单分子层膜。