[发明专利]基于PEFC的自供能miRNA生物传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种基于PEFC的自供能miRNA生物传感器及其应用，属于生物传感技术领域。将CdS QDs修饰到与miRNA部分互补的发卡DNA的一端，CdS QDs对光电化学材料g‑C₃N₄起到敏化作用。目标miRNA与其互补链的杂交配对形成刚性双螺旋结构后，CdS QDs远离g‑C₃N₄表面，使得CdS QDs对g‑C₃N₄的敏化作用减弱，导致阳极流向阴极的电子减少，引起PEFC的开路电压变化，实现miRNA的检测。该传感器检测过程中无需额外供电设备、组装简单方便、成本低廉、抗干扰能力强，DNA链的互补配对效应使该传感器具有高选择性，可实现miRNA简单、快速、灵敏、高效检测。

技术领域

本发明涉及一种基于PEFC的自供能miRNA生物传感器及其应用，属于生物传感技术领域。

背景技术

光电生物燃料电池(PEFC)是一种特殊的燃料电池，其能在温和条件下，利用光激发提供可持续能源，受到广泛关注。基于PEFC的自供能生物传感器，是一种以电池性能输出作为分析检测信号的一类传感器，该传感器信号与被检测分析污浓度成比例关系。与传统传感器相比，光电自供能生物传感器检测过程中无需施加额外电源，其具体优点主要表现在：(1)设备简单。检测过程不同于传统的电化学检测三电极体系，仅需两根电极，即PEFC的阴阳两极，便可实现检测；(2)抗干扰能力强。测试体系未施加额外电源，能有效避免易发生氧化还原的电活性物质在电极表面反应，从而提高了传感器的抗干扰能力；(3)能实现简单、快速、实时检测。检测过程中无需电化学工作站等供电设备，仅需简易电压表和适宜的光源便可实现检测，故检测设备易携带，能实现实时监测。

MicroRNA(miRNA)，约22个核苷酸大小的内源性非编码RNA，在多种生物过程如细胞分化、凋亡、增殖和免疫反应中具有重要作用，已成为用于检测多种癌症的诊断和预后评估的新生物标志物。目前，检测miRNA表达的方法主要有Northern印迹法、miRNA阵列和实时逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)、电化学方法。Northern印迹法灵敏度低、费时费力、样品需求量大。微阵列检测法同样存在灵敏度较低的缺点，并且特异性较弱。RT-PCR具有高特异性与高灵敏度，但该方法操作繁琐、RNA需分离纯化。miRNA小尺寸的特点也限制了传统RT-PCR的直接应用，并且miRNA家庭成员之间高的序列同源性也使定量分析成为挑战。因此，设计制备基于生物燃料电池的自供能生物传感器，实现miRNA简单、方便、高灵敏、高特异性检测非常必要。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明构建了基于PEFC的miRNA生物传感器，核心技术便为PEFC的构建，其中以氧化石墨烯/碳纳米管/金纳米粒子(GO/CNTs/AuNPs)作为laccase的载体，构建生物阴极催化氧气；以AuNPs-g-C₃N₄作为光阳极检测miRNA。首先将与miRNA部分互补的发卡DNA固定到电极表面，发卡DNA一端连接电极表面，一端修饰CdS QDs。当无目标miRNA时，由于发卡DNA没有被打开，CdS QDs靠近电极表面对g-C₃N₄起到敏化作用，此时阳极光电流较大，流向阴极的电子较多，电池输出电压高；当目标miRNA存在时，由于miRNA打开发卡DNA，目标miRNA与互补链形成刚性双螺旋结构，使CdS QDs远离g-C₃N₄表面，CdS QDs对g-C₃N₄敏化作用减弱。目标miRNA的引入，达到使CdS QDs远离电极表面的目的，流向阴极的电子减少，电压输出信号减小，用于定量检测目标miRNA。本发明设计的基于PEFC的自供能miRNA生物传感器，可实现目标物简单、快速、灵敏、高效检测。

本发明是采用以下的技术方案实现的：