[发明专利]靶DNA引发的层层自组装石墨烯基光电生物传感器及其检测方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于靶DNA引发的层层自组装石墨烯基光电生物传感器检测DNA的方法及应用。本发明利用DNA分子间的相互作用引发石墨烯自组装，形成层层自组装DNA/石墨烯复合物，在不引入其他金属纳米材料的情况下有效克服了石墨烯的团聚现象，制备得到的层层DNA/石墨烯复合物表现出极好的化学催化活性以及化学稳定性，有利于后续对靶DNA进行电化学及光化学检测；该生物传感器具有制备简便、廉价、稳定性好、灵敏度高、线性范围宽、选择性好等优点。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种靶DNA引发的层层自组装石墨烯基光电生物传感器及其检测方法和应用。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化组成的六边形蜂巢晶格状的单原子薄膜，厚度仅为0.35nm，是目前发现的最薄的二维材料。同时，石墨烯具有一系列优异的物理化学性质，如良好的电子传导性和超高的电子流动性(载流子迁移率达1.5×10⁴cm²·V^-1·S^-1)、优异的热导性(热导率可达5×10³W·m^-1·K^-1)、较高的机械强度等。基于其所具有的独特性能，石墨烯已被应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂、药物载体以及气体传感器等方面的研究。

近年来，基于石墨烯制备DNA生物传感器成为生物传感器技术领域研究的热点。然而，由于石墨烯在干燥状态或正常溶剂中均会发生不可逆的团聚，降低了其功效，使其在实际应用中受到一定限制。为了进一步探索基于石墨烯材料的应用价值，近年来科学家在通过金属纳米粒子修饰石墨烯合成石墨烯-金属纳米粒子复合物方面开展了研究工作。中国专利(CN 103063715A)公开了一种基于石墨烯/三维纳米金复合材料电化学DNA生物传感器，该生物传感器根据待测基因片段设计特异性识别探针，捕获探针通过金-硫键自组装于石墨烯/三维纳米金复合物修饰的玻碳电极表面，在目标DNA存在的情况下，捕获探针及末端标记有生物素的信号探针分别与目标DNA结合形成“三明治”结构，从而实现了骨肉瘤相关基因的高灵敏度、高特异性检测。中国专利(CN 103033544A)公开了一种基于石墨烯/贵金属复合材料的电化学DNA传感器，所述传感器制备方法为：采用Hummer法由石墨粉制备氧化石墨烯分散水溶液；采用化学还原法制备石墨烯/纳米贵金属粒子复合材料；将石墨烯/纳米贵金属粒子复合材料黏附到玻碳电极上，通过修饰单链DNA，实现修饰电极和目的基因的连接，即制备得到电化学DNA传感器。

虽然上述制备方法通过引入金属纳米材料降低了石墨烯的团聚现象，但是上述基于石墨烯制备得到的DNA生物传感器均需首先合成石墨烯-金属纳米粒子复合物，制备过程繁琐、耗时，且往往需要高毒的化学还原剂(如联氨、氢醌等)，制备成本偏高，成功率较低；同时制备得到的DNA生物传感器均为单一电化学生物传感器，检测数据单一，利用率低。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种靶DNA引发的层层自组装石墨烯基光电生物传感器及其检测方法和应用，本发明利用DNA分子间以及DNA分子与石墨烯间的相互作用，由靶DNA引发形成层层自组装石墨烯复合结构，同时引入氯高铁血红素(hemin)，利用hemin对亚甲基蓝(MB)-H₂O₂和3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)-过氧化氢(H₂O₂)反应体系的催化作用，同时实现了靶DNA的电化学和紫外-可见吸收检测。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于靶DNA引发的层层自组装DNA/石墨烯复合物，所述层层自组装DNA/石墨烯复合物制备过程如下：