[发明专利]基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器

说明书

本发明属于生物检测技术领域，涉及基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器，由目标物循环单元和多足型DNA步行器单元组成；目标物循环单元中，封闭的多足型DNA步行器能够在燃料链F和目标核酸的共同作用下释放多足型DNA步行器，多足型DNA步行器单元中，封闭的金电极能够在标记DNA和释放的多足型DNA步行器的作用下，释放封闭链B2，从而通过第一电化学信号材料与第二电化学信号材料的电化学信号比的检测，实现目标核酸的超灵敏定量检测。本发明提供的基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器能够超灵敏地检测核酸。

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，涉及基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

DNA步行器通过在预设轨道上自主移动以放大和转换信号，在生物传感应用中显示出巨大的潜力。迄今为止，DNA步行器的步行链数已逐渐从单足发展到双足甚至多足。相比之下，多足型DNA步行器因有着高局部浓度的步行链而具有更好的行走连续性和更高的反应效率。在行走过程中，由生化反应(如链置换、核酸酶辅助的链断裂和水解)引起的吉布斯自由能梯度驱动DNA walker自发地向低能级移动。然而，DNA步行器需要提供核酸酶作为驱动力，酶活性对于DNA步行器的检测效果影响较大。因而需要一种新型无酶等温放大策略应用于即时检测(POCT)设备。

发明内容

与核酸酶提供的驱动力相比，toehold介导的链置换反应(TMSDR)可以在无酶和等温条件下进行，为开发低成本和稳健的POCT装置留下了巨大的空间。作为计算能力强大的DNA纳米技术，TMSDR可以促进动态DNA纳米技术的关键过程，基于TMSDR的传感器自然最适合检测核酸分析物。重要的是如何将TMSDR驱动的动态DNA纳米技术与有效的目标识别和适当的检测方法相结合以输出检测信号。

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器，该系统集成到比率型电化学生物传感器中，能够超灵敏地检测核酸。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基于链置换反应驱动的动态DNA纳米系统的生物传感器，由目标物循环单元和多足型DNA步行器单元组成；

所述目标物循环单元，包括多足型DNA步行器、辅助链A1、封闭链B1和燃料链F；多足型DNA步行器，由金纳米颗粒表面连接至少2个步行链W形成，步行链W的一端连接金纳米颗粒；封闭链B1设置W区、A1区和第一toehold区；W区能够与步行链W另一端的DNA片段进行互补；A1区能够与辅助链A1互补；第一toehold区能够与目标核酸杂交，通过链置换反应使得目标核酸置换辅助链A1，同时在封闭链B1的中间部位暴露第二toehold区；燃料链F能够与第二toehold区杂交，通过链置换反应取代步行链W和目标核酸；

所述多足型DNA步行器单元，包括金电极、辅助链A2、封闭链B2和标记DNA；所述金电极表面连接若干底物链S；底物链S设置B2区、A2区和第三toehold区；B2区能够与封闭链B2进行互补；A2区能够与辅助链A2互补；第一toehold区能够与步行链W杂交，通过链置换反应使得步行链W另一端的DNA片段置换辅助链A2，同时在底物链S的中间部位暴露第四toehold区；标记DNA能够与第四toehold区杂交，通过链置换反应取代封闭链B2和步行链W另一端的DNA片段；所述封闭链B2的一端连接第一电化学信号材料，封闭链B2与与底物链S杂交后，第一电化学信号材料靠近金电极；所述标记DNA的一端标记第二电化学信号材料；标记DNA与底物链S杂交后，第二电化学信号材料靠近金电极。