[发明专利]电化学核酸传感器

说明书

本发明公开了一种电化学核酸传感器，包括传感电极及核酸分子信号放大体系，传感电极包括电极基底以及电极界面，电极基底用于电性连接数据采集器，电极界面连接在电极基底上，电极界面包括探针层、固定层及电子转移层；固定层用于将探针层和电子转移层连接在电极基底上；探针层用于特异性识别和捕获待测样本中的待测核酸分子，电子转移层用于传递生化反应中产生的的电流信号；核酸分子信号放大体系用于放大探针层捕获的待测核酸分子并经过核酸杂交形成充足的核酸双链区段，以及用于采集嵌入核酸双链区段中的电活性物质在氧化还原反应过程中的电子转移信号。本发明电化学核酸传感器能实现任意长度核酸分子简便、快速、灵敏、特异的直接检测。

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种电化学核酸传感器。

背景技术

核酸作为携带生物遗传信息的物质，常被视为对应生物身份的代表，用于辅助辨别、区分生物的种类和特征。核酸检测是一种直接对生物遗传物质进行检测的分子诊断技术，目前核酸检测已被广泛应用于乙肝、艾滋病、呼吸道疾病等多种疾病的早期诊断。

传统的核酸检测技术主要包括逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)、逆转录环介导等温扩增(RT-LAMP)、逆转录重组酶聚合酶扩增(RT-RPA)等。传统技术中的核酸检测技术灵敏度和准确性高，但是检测时间通常在3小时左右，大大限制了病毒核酸筛查的效率。此外，由于传统核酸检测技术依赖于核酸分子的扩增，需要特殊的仪器和熟练的技术人员进行操作，因此仅能在医院、实验室等设置有相应仪器的固定场所进行集中检测，难以普适于资源短缺地区或大规模快速检测等应用场景，且存在着不可避免的病毒泄漏风险。

发明内容

基于此，针对传统技术中电化学检测方法中检测时间长、背景信号强、检测灵敏度低的问题，有必要提供一种电化学核酸传感器。本发明的电化学核酸传感器具有检测灵敏度高、检测限低、响应时间短、普适性高以及成本低等优点。

本申请一实施例提供了一种电化学核酸传感器。

一种电化学核酸传感器，包括：

传感电极，所述传感电极包括电极基底以及电极界面，所述电极基底用于电性连接数据采集器，所述电极界面连接在所述电极基底上，所述电极界面包括探针层、固定层以及电子转移层；所述固定层用于将所述探针层和电子转移层连接在所述电极基底上；所述探针层用于特异性识别和捕获待测样本中的待测核酸分子，所述电子转移层用于传递生化反应中产生的的电流信号；以及

核酸分子信号放大体系，所述核酸分子信号放大体系用于放大所述探针层捕获的待测核酸分子并经过核酸杂交形成充足的核酸双链区段，以及用于采集嵌入核酸双链区段中的电活性物质在氧化还原反应过程中的电子转移信号。

在其中一些实施例中，所述电极基底选自硬质传感器基底或者柔性传感器基底，其中，所述硬质传感器基底的制备材料包括硅片、玻璃、环烯烃聚合物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述柔性传感器基底的制备材料包括聚二甲基硅氧烷、聚酰胺、聚氨酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或几种。

在其中一些实施例中，所述探针层含有5’端和/或3’端进行基团修饰的单链核酸探针，所述探针层通过所述单链核酸探针与待测样本中的待测核酸分子间的碱基互补配对作用实现识别和捕获待测核酸分子，所述基团修饰中的基团包括巯基、氨基以及羧基中的一种或几种。

在其中一些实施例中，所述固定层含有纳米粒子和/或化学分子，所述固定层通过共价连接作用将所述探针层和电子转移层连接在所述电极基底上。

在其中一些实施例中，所述纳米粒子选自氨基、羧基或者巯基化学基团修饰的金属纳米颗粒、碳纳米管和导电聚合物中的一种或几种，所述化学分子选自1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯、1-芘丁酸中、(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺的一种或几种。