DNA生物傳感器的原理與應用

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們本身的感覺(jué)器官，在鉆研聽(tīng)之任之現象和規律時(shí)或許在生產(chǎn)活動(dòng)中，它們的性能就遠遠不夠了。為適應這種狀況，咱們就需要傳感器。所以能夠說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延伸，棋逢對手于人的感官。傳感器是一個(gè)裝備，它是一種將非電量信號轉變成電信號的裝置，這樣就能滿(mǎn)足信號的傳輸、解決、貯存、顯示、記錄和控制等要求。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫學(xué)診斷、生物工程，甚至文物保護等等極其廣泛的畛域。能夠在乎夸張地說(shuō)，從茫茫太空到浩瀚的海洋，以致各種復雜的工程系統，簡(jiǎn)直每一個(gè)現代化名目，都離不開(kāi)各種形形色色的傳感器。

傳感器分類(lèi)多種多樣，咱們提到的DNA分子制作的傳感器被稱(chēng)之為基因傳感器，它是生物傳感器的一種。DNA生物傳感器是一種能將目標DNA的存在轉變?yōu)榭蓹z測電信號的傳感裝置。它由兩部分組成，一部分是辨認元件，即DNA探針，另一部分是換能器。識別元件主角用來(lái)感知樣品中是不是含有待測的目標DNA;換能器則將識別元件感知的信號轉泡影能夠觀(guān)察記錄的信號。通常是在換能器上固化一條單鏈DNA，經(jīng)過(guò)DNA分子雜交，對另一條含有互補序列的DNA進(jìn)行識別，構成穩定的雙鏈DNA，通過(guò)聲、光、電信號的轉換，對目標DNA進(jìn)行檢測。

DNA生物傳感器原理是通過(guò)固定在傳感器或稱(chēng)換能器探頭表面上的已知核苷酸序列的單鏈DNA分子和另一條互補的ss-DNA分子雜交，形成的雙鏈DNA會(huì )表現出必定的物理信號，最后由換能器反應出來(lái)。

然而DNA分子十分渺小而脆弱，咱們如何固定并運用它呢？生物敏感材料的固定化技術(shù)是基因傳感器鉆研的重要一環(huán)，也是制備生物傳感器的關(guān)鍵。這項技術(shù)決定了傳感器的性能、性能和質(zhì)量。說(shuō)得詳細差一些還關(guān)乎傳感器的靈活度、線(xiàn)性范疇、穩定性及使用壽命。如今固定DNA探針的技術(shù)有共價(jià)鍵結合法、自組裝膜法、電集合法、表面富集法這么幾種主角辦法。

共價(jià)鍵結合法是通過(guò)共價(jià)鍵使生物活性分子與電極表面結合急流勇進(jìn)行固定的方法。固定電極之前首先要對電極進(jìn)行活化預解決，再引入活性鍵合基團，然后進(jìn)行表面的共價(jià)鍵合，把含預定性能團的探針?lè )肿庸潭ǖ诫姌O表面。

天經(jīng)地義咱們還使用自組裝法來(lái)固定DNA。這項技術(shù)一般利用一段帶巰基的DNA片段，在金電極表面形成自組裝單分子膜來(lái)固定核酸探針。

除了這兩種方法外，還有幾種常用的固定方法，就言而無(wú)信一介紹。

DNA傳感器是一類(lèi)特別的傳感器，它是在生物、化學(xué)、物理、醫學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科相互滲透的基礎上成長(cháng)起來(lái)的。它特異性強，DNA分子雙鏈之間具備非常高的特異性識別能力;剖析速度快，能夠在1分鐘得到結果;準確度高，誤差極小;操作系統比較扼要，簡(jiǎn)單實(shí)現自動(dòng)剖析;成本低，在延續使用時(shí)，測定價(jià)格低廉。特別是它具備高度自動(dòng)化、微型化與集成化的特點(diǎn)。

隨著(zhù)分子生物學(xué)的發(fā)展，人們逐步意識到除外傷以外，包括傳染性疾病、遺傳性疾病及惡性腫瘤等一貧如洗的疾病都與基因有關(guān)系，因此應用在基因檢測方面的DNA傳感器就顯得十分重要。

比如，乙型肝炎是乙肝病毒（HBV）所引起的一種傳播快、埋伏期長(cháng)、損害廣的傳染病，我國慢性無(wú)癥狀HBV感化者或慢性無(wú)癥狀HBV攜帶者已超過(guò)1.2億，是HBV感化者中存在數量最大的群體。假如采用上面介紹過(guò)的自組裝單分子膜技術(shù)，將巰己基潤飾的探針的單鏈DNA探針固定在金電極表面，制得DNA電化學(xué)傳感器，以某種電活性物質(zhì)為批示劑，就能夠取得特異性好、靈敏度高、響應時(shí)日短的DNA傳感器。它對血清樣品中乙肝病毒DNA的響應則更理想。換句話(huà)說(shuō)，DNA傳感器能幫助咱們正確、疾速、高質(zhì)量地檢測出受試者體內是否已經(jīng)感化慢性無(wú)癥狀HBV或者已經(jīng)攜帶這種病毒。

生物傳感器在近幾十年獲得可喜的發(fā)展。特別分子生物學(xué)與微電子學(xué)、光電子學(xué)、微細加工技術(shù)及納米技術(shù)等新學(xué)科、新技術(shù)結合后，這種發(fā)展正在加速進(jìn)行，并在國民經(jīng)濟的各個(gè)部門(mén)，如食品、制藥、化工、臨床檢驗、生物醫學(xué)、環(huán)境監測等畛域顯露出廣泛的應用前景。

比如，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和儲藏壽命的一個(gè)重要指標，已開(kāi)發(fā)的生物傳感器可用來(lái)剖析白酒、蘋(píng)果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖。食品工業(yè)中對食品鮮度尤各行其道魚(yú)類(lèi)、肉類(lèi)的鮮度檢測是評價(jià)食品質(zhì)量的一個(gè)主角指標?，F在已經(jīng)有人開(kāi)發(fā)出測定魚(yú)降解過(guò)程中產(chǎn)生的肌苷一磷酸等物質(zhì)的濃度，進(jìn)而評價(jià)魚(yú)鮮度的傳感器。

近年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴重，人們急迫期望擁有一種能對污染物進(jìn)行連續、快速、在線(xiàn)監測的儀器，生物傳感器滿(mǎn)足了人們的要求。眼前，已有相當部分的生物傳感器應用于水環(huán)境監測、大氣環(huán)境監測等畛域。

軍事醫學(xué)中，對生物毒素的及時(shí)快速檢測是防備生物武器的有效措施。生物傳感器已應用于監測多種細菌、病毒及其毒素，如炭疽芽胞桿菌、鼠疫耶爾森菌、埃博拉出血熱病毒、肉毒桿菌類(lèi)毒素等。

此外，在法醫學(xué)中，生物傳感器可用作DNA鑒定和親子認證等