新型DNA电化学识别模式的思考与实践.pdf

第十届全国化学传感器学术会议论文摘要集 B生物传感器 B32新型DNA电化学识别模式的思考与实践 何品刚。，程圭芳，徐颖，方禹之 (华东师范大学化学系上海200062) DNA电化学杂交传感技术开辟了基因研究新方法，具有识别能力强，无放射性标记，检测 快速、灵敏，可进行实时检测等特点，在基因序列识别检测，DNA损伤研究，以及药物分子与 DNA作用机理研究中起到重要作用…1。通常，DNA电化学杂交传感技术中固相电极同时作为信 号换能器和分子识别元件，即通过化学／物理方法将探针(或目标)DNA固定至电极，将此电极 置于目标(或探针)DNA溶液中进行杂交反应，以电化学技术检测杂交体[2】。所以，DNA分子 固定技术和杂交信号转换技术是传统电化学DNA传感器的两大关键因素。特别是DNA分子在 电极表面的固定直接影响到检测灵敏度，选择性和可重现性，往往需要选择复杂的化学反应过程 将DNA识别分子共价键和到电极表面，以此提高DNA识别层的稳定性和可重复行；以及设计 特殊的空间手臂分子链接到DNA识别分子上，以此提高它在电极界面的的空间自由度，进而提 高与水相中互补DNA的杂交效率。最近，我们一直在思考是否可以用非固定的方法实现在水相 中直接DNA分子电化学识别呢?即在水相中直接进行探针DNA和目标DNA分子杂交反应，然 后在电极上实现选择性杂交信号电化学检出。这样即可省去DNA分子在电极表面的固定操作， 节省了步骤和成本；又可避免DNA识别层在电极表面固过程中由于产生空间位阻，自由度减小 或构型不正确等因素，阻碍杂交体的形成。基于以上思考，我们初步设计了两种新颖的DNA电 化学识别模式：利用一种新型的电化学活性开关分子信标实现水相中直接DNA电化学识别：利 用主客体分子识别技术实现水相中直接DNA电化学识别。 1 利用一种新型的电化学活性开关分子信标实现水相中直接DNA电化学识别 这种DNA电化学识别模式通过巧妙设计核苷酸分子探针碱基序列，使之从自由态转变到杂 交体态时，构型发生变化，电化学信号与靶标量成正比。我们将电化学活性的胭脂红酸分子分别 标记在发卡型DNA探针分子茎部两端，如图l中A构型，胭脂红酸分子通过氢键缔合成两聚体， 此时分子信标封闭电化学活性，处于非电化学活性态；当探针与目标分子杂交后发卡结构打开， 如图1中B构型，此时分子信标开启电化学活性，产生电化学响应。应用电化学活性开关分子 信标探针，可在水相中直接检测核酸分子杂交，具有操作简单，特异性强，可实时测定。 篇墨匕jU ”们”卸¨o加锄舢枷=；舢砌 图1电化学活性开关分子信标构型转变及相应电化学信号变化示意图(MB分子信标) 65 第十届全国化学传感器学术会议论文摘要集 B生物传感器 2．利用主客体分子识别技术实现水相中直接DNA电化学识别 主客体分子识别是指超分子主体化合物(例如冠醚、环糊精、杯芳烃等)对客体分子的高度 识别能力。基于主客体分子识别技术具有高效、专一、牢固、稳定、可逆的优点，我们设计了另 一类水相中直接DNA电化学识别模式：将客体分子(如二茂铁)标记DNA探针分子，与目标分子在 水相中充分杂交后，形成的杂交体可被修饰有主体分子(如环糊精)的电极快速而精准地捕获， 进行电化学检测。 参考文献： G Xuand Y review：ElectrochemicalDNABiosensorsfor [1】EHe，Y Z．Fang。‘‘A Sequence Recognition”Anal．Lctt。 2005，38，2597—2623． [2】H．Cai，YXu，P．GHeandY ofDNAImmobilizationonElectrodeSurfaceforthe