[发明专利]一种基于DNA水凝胶的三聚氰胺检测方法及微流控芯片

说明书

本发明属于小分子检测领域，提供一种基于DNA水凝胶的三聚氰胺检测方法及微流控芯片。本发明将刺激响应DNA水凝胶和微流控芯片结合起来，DNA水凝胶以三聚氰胺适配体作为交联剂，并包裹纳米金作为比色检测和定量分析的依据。三聚氰胺存在时，与其适配体竞争性结合，导致DNA水凝胶的崩解和包裹纳米金的释放，实现了对三聚氰胺的目视检测和定量测量。进一步地，结合DNA水凝胶性质引入了微流控芯片，根据反应后共聚液的颜色深浅不同，通过拍照和软件分析灰度值即可实现对三聚氰胺的定量检测。该方法无需熟练的操作人员，也不用借助大型仪器，可以实现对靶标物便携、灵敏的现场检测，在食品安全、临床检测、环境监控等方面具有巨大潜力。

技术领域

本发明属于小分子检测领域，具体地，涉及一种基于DNA水凝胶的三聚氰胺检测方法，以及用于该检测方法的微流控芯片。

背景技术

三聚氰胺(melamine，MEL)常被用做化工原料，是制作塑料、涂料、粘合剂等的原料之一。Kjeldahl法常被用来检测食品或者饲料中的蛋白质含量，三聚氰胺由于具有很高的含氮量，因此被添加到乳制品或者动物饲料中用来提升在测量中的表观蛋白质含量。研究表明三聚氰胺的摄入是动物和婴儿形成结石和患病的原因。联合国食品标准委员会设定了食品中三聚氰胺的安全限值为2.5mg/kg(19.8μM)，婴儿配方奶粉为1mg/kg(7.9μM)，并且世界卫生组织国际癌症研究机构将其归类为2B类致癌物。因此，三聚氰胺的检测吸引了越来越多研究人员的关注。

三聚氰胺的传统检测方法包括液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、原子吸收光谱法等，这些方法依赖于昂贵的大型仪器，样本需要严格的前处理，对操作人员的熟练度要求较高。为了克服传统技术在三聚氰胺检测中的不足，基于纳米技术的检测方法因灵敏度高、检测限低，流程简单等优点极大提升了快速检测技术的发展。ChanchalHazra及合作者通过三聚氰胺对上转换纳米晶体发光信号的选择性猝灭，实现了对三聚氰胺的灵敏检测。Liao等通过三聚氰胺取代Fe³⁺实现对β-环糊精修饰碳纳米粒子(β-cyclodextrin modified carbon nanoparticles)荧光信号的开启和关闭，在牛奶里三聚氰胺的检测中取得了优异的结果。Xie等制备了基于金纳米粒子(Gold nanoparticles，AuNPs)的微流控纸分析器件(microfluidic paper-based analytical devices，μPADs)实现了对三聚氰胺的低成本、便携、灵敏检测，这对资源有限的地区是非常友好的。在各种检测方法中，即时检验(point-of-care testing，POCT)具有很大的吸引力，常见的POCT技术有侧流免疫层析法(Lateral flow immunoassay，例如，病毒检测试纸)，传感器技术(例如，血糖仪)和近些年迅速发展起来的微流控技术。微流控芯片因具备成本低，可以实现不同信号的转变等优点在POCT检测平台得到了大量应用。相比于定量分析，比色检测在不依靠任何先进或复杂的仪器的情况下可以进行实时的定性或是半定量分析。值得注意的是，在比色检测应用中，AuNPs因其成熟的合成工艺及稳定性受到了研究人员的长久青睐。

刺激响应DNA水凝胶具备了DNA的可编程能力和水凝胶良好的承载能力，在制备生物传感器方面得到了越来越多的关注。通过对DNA链的合理设计与精准应用，可以使得水凝胶具有良好的响应能力，包括对非生物(光、热、磁、pH等)和生物(核酸、蛋白质、小分子物质等)的刺激响应能力。通常通过在水凝胶中引入核酸适配体来达到对靶标物的特异性响应，核酸适配体是通过指数富集的配体系统进化技术(systematic evolution of ligands byexponential enrichment，SELEX)技术分离出的寡核苷酸链，具有靶标范围广泛，易于体外大量合成，重复性好、稳定性高、成本低等优点。

发明内容