[实用新型]基于分子信标的纳米金包覆磁性粒子生物传感器

说明书

技术领域

本实用新型发明属于生物传感器技术领域，涉及一种以分子信标为探针的纳米金包覆磁性粒子传感器的设计方法及其应用，尤其是在环境监测中饮用水源的病原体检测上的应用。

背景技术

DNA生物传感器是几年发展起来的新型生物传感器，按换能器件转换信号主要分为：电化学DNA传感器、光纤传感器和压电传感器。电化学DNA传感器主要有DNA修饰电极制作的传感器和离子敏场效应管DNA传感器。DNA修饰电极制作传感器是由一个支持DNA片段(探针)的电极和检测用的电活性杂交指示剂构成。DNA片段一般采用单链的DNA链，或者是分子信标形式，或者是RNA片段或PNA片段。检测形式采用杂交反应或者是链置换反应。

DNA传感器的优点：1.可以进行液相杂交检测；2.可以进行DNA实时检测；3.可以对活体内核酸动态进行检测；4.可以进行DNA的大量智能化检测；5.灵敏度高；6.特异性强；7.无污染。

DNA传感器的缺点：1.响应时间太长；2.灵敏度方面还有待提高，与现行的PCR等方法还有差距。

分子信标一般包括三个部分：1.环状区，一般为长度15～30碱基的序列，能与目标分子特异结合；2.信标茎干区，通常为长度是8个碱基的互补序列，茎干区与杂交后环状区目标分子的双链结构之间的热力学平衡关系，使分子信标的杂交特异性明显高于常规的线状探针；3.荧光基团和猝灭基团，荧光基团一般联接在分子信标的5′端；猝灭基团联接在3′端。自由状态时分子信标茎干区特异结合形成发夹结构，荧光基团与猝灭基团相互接近，荧光几乎完全猝灭，此时荧光背景极低。加入靶序列后，分子信标可与完全互补靶序列形成相对刚性并且更加稳定的异源双链杂交体，使得荧光基团与猝灭基团之间的空间距离增大。荧光基团所产生的荧光不能猝灭基团吸收，此时荧光背景极强。因此将分子信标制作成探针，利用荧光的颜色和强弱对饮用水源中的病原体的种类和含量来进行定量分析，从而大大提高分析效率。

纳米金既是金纳米粒子，直径为1-100nm，颜色依直径大小从红色至紫色。纳米金溶液非常稳定均一，而且单体纳米金颗粒的表面稳定性也很高，具有高电子密度、介电性质和催化作用。

磁性纳米粒子是一种新型纳米材料，处于纳米级(1-100nm)不但具有普通纳米粒子所具有的四个基本效应，还具有异常的磁学性质，如超顺磁性、高矫顽力、低居里温度与高磁化 率等特性。

发明内容

本实用新型发明的目的在于提供一种基于分子信标的纳米金包覆磁性粒子生物传感器，该传感器在灵敏度和响应时间方面有提高，而且增强了抗干扰性。

本实用新型要解决的技术问题是克服现有生物传感器响应时间和灵敏度的不足，将与不同病原体互补的DNA链制作成分子信标微阵列固定在纳包覆米金与磁性粒子的电极上，构造可实现对水环境中病原体实时监测的生物传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种基于分子信标的纳米金包覆磁性粒子生物传感器。所述的生物传感器包括分子识别元件(1)和换能元件(2)。分子识别元件(1)主要由抛光碳糊电极(3)、磁性粒子膜(4)、纳米金膜(5)和分子信标微阵列(6)。换能元件主要有信号放大器(7)和荧光光谱仪(8)构成。在该技术方案中，将水体中待检测的各种病原体的DNA补链作为分子信标的分子识别区(11)，结合DNA编码原理，链接上茎干(12)制作成“发夹”结构，在分子信标的5′端标记上不同波长的荧光素(13)，在3′端标记上猝灭素(14)，制作成分子信标微阵列(6)。在制备好的碳糊电极上包覆上磁性颗粒(4)，然后自组装上纳米金膜(5)，最后利用自组装法将分子信标微阵列(6)固定在纳米金膜上。将制备好的电极放入样本中，若存在待监测病毒，DNA探针发夹打开，发出荧光。通过信号放大装置(7)，利用荧光光谱仪(8)捕获荧光，分析其波段，可判断所含何种病原体。充分反应后，将电极取出，放入试管溶液中，加热使之变性，取出探针，退火，探针恢复发夹结构，用二次蒸馏水冲洗后可反复使用。

本实用新型的有益效果是，构造的电极汇集了几种材料的优势，且实验完全后，电极可重复使用，极大程度上节约了实验成本。通过光检测系统-光光谱仪即可读出结果。整个检测过程反应迅速、特异性强、成本低且所需实验仪器少，可进行实时监测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的基于分子信标的纳米金包覆磁性粒子生物传感器组成图。

图2是基于分子信标探针的电极。