DNA生物传感器的发展趋势

1、DNA生物传感器的发展趋势F.R.R. Teles, L.P. Fonseca摘要：生物传感器不论是在研究还是商业领域越来越受到人们的关注。脱氧核糖核酸（DNA）生物传感器以其固有的物理化学稳定性和适应性用来分离不同的微生物菌株。其主要是通过生物传感器来检测特殊的DNA分子杂交，并直接作用于物理传感器。本文主要包括了到目前为止的DNA固定技术，新的生物传感纳米平台和生物传感器的转导机制。其临床应用尤其是在需要大规模和分散的DNA检测。基因诊断新计划，包括DNA芯片和微流体，其是配体DNA在活生物体内进行样本的预处理和杂交。但是其高灵敏度和特异性，可能由于纳米结构像碳纳米管（CNT s）、DNA

2、/蛋白质等而产生共轭。一个新的通用DNA生物传感平台的提出，将会成为未来分子诊断的技术。关键词：DNA生物传感器审查，DNA芯片，芯片实验室，分子诊断，纳米生物技术1 引言越来越多的分子诊断市场需要进行大量的基因组测序，其是以实现对分散的DNA检测为标准，对遗传信息提出了简单，快速，廉价和高通量的分析，设备的小型化和可大规模生产的要求。现在基因组测序已经允许对特有、特殊的核酸序列的遗传致病突变点和人类病原体进行检测。由于生物传感器技术的不断研究，通过监测基因表达差异可以进行毒品的审查和法区分析。这种分析装置被称为生物传感器。其可以将生物化学反应作用转变成一个可以分析的信号，并进一步的放大，处理

3、和记录。其中，DNA传感器由固定的DNA链通过DNA-DNA杂交来检测特定的序列。在广义的概念中，DNA生物传感器还包括其他分析物的检测，其探针分子通常以配体的形式存在1，这些传感器的研究是本文的论述范围之外。如不使用杂交而是基于DNA生物检测技术利用小的独特单链DNA（ssDNA）和双链DNA（dsDNA）的聚合酶链反应（PCR）进行检测，其重要性主要是在于与其他类型的DNA生物传感器相比有种类繁多和广泛应用的优势，这种方法被证明一个新的独立的综合观点，是本文打算研究的。酶生物传感器和免疫传感器相比，在DNA生物传感器市场和研究开发中仍然很少。不同的于酶或抗体，生物DNA的形成识别层容易合成

4、，高度稳定和通过简单的DNA双链的热熔融后可重复使用2。在一般情况下，DNA定量检测的底层机制是通过DNA生物传感器上的两个免费的DNA链之间高度特异性杂交，不像传统固态杂交格式，直接在发生表面物理传感器。常规的DNA阵列对连续专门的DNA检测是有用的，但是他们的效率通常被生物样品的大尺寸和自身的复杂处理所束缚，这也对他们的即时输出造成了困难。此外，这种技术还是太昂贵而不能让他们有效的用于医疗诊断。在理论上，DNA生物传感器能够超越这些障碍，比传统的杂交分析更容易、更快捷和更便宜，同时保持了高灵敏度和专门检测。一个真正的高性能固定DNA探针生物传感器能够在不同的目标DNA碎片中区别尽可能多的碱

5、基配对。复杂的生物样品的DNA多重分析和相关的基因表达模式能够被多样的DNA生物传感器以数列的形式表现出来，并能够与生物信息学的数据整合。大体上来说，他们生产的DNA生物晶片的形式，是受到以平面硅为基础的电路无止境的进步的启发。这种高密度的独特杂交点是以芯片为基础的遗传学分析的主要的强调点。但是，这种技术很昂贵，并且，不像专用的生物传感器，生物芯片的表面记载有杂交染色体组的所有信息3。新开发的概念集成“芯片实验室“（或微全分析系统，TAS），即在一个单一的芯片进行模块，DNA提取，纯化扩增和检测。这些可印刷的微型化装置用作分析检测的一些优势包括对样品盒试剂要求更小，比其他检测方案更低耗，样品低

6、污染。增强快速，高性能，高自动化的能力也是其额外的好处。一次性也是一个优点，特别是要处理可污染因子时。一直努力创新检测对电驱动微流体的发展流格式作为替代机械泵的优势和阀门。本论文也介绍了一些最近发展的纳米技术，即CNTs和DNA/蛋白质复合物，这些对DNA检测的灵敏度和选择性的提高有重要作用。尽管不被杂交为基础的平台DNA检测本文的最终课题重要大规模光谱（MS）的应用为基础的T5000Universal生物科学，生物传感器，fromIbis也被提及。这一创举系统，使用范围广泛的引物集，能够放大从密切相关的生物大量PCR产物而不用事先了解其特定的基因组序列。通过质谱（MS）准确地确定核苷酸组成（

7、每个核苷酸的数量）的未知序列，可瞬间鉴定出PCR产物。在接下来的文段里，我们将会对DNA生物传感器的研究和诶经，还有未来的发展趋势做一个概述。2.杂交DNA生物传感器对特殊遗传学的分析的常规方法包括核酸的重排和杂交，最近更多的应用是在临床实验室因为它非常的简单4。DNA杂交通常发生在一个已知DNA系列（探针）和一个位置系列（目标）之间，但是DNA的核糖核酸（RNA）和RNARNA杂交也会发生5。这种双方的信息可以被恰当的杂交指示物或者从其他的绑定事件的积累变化监测出来。DNA探针可以用化学方法或者分子生物方法制备；在这些例子里，探针可以由先前的孤立的反转录（RT），特定的信使RNA（mRNA）

8、，或推断其基于对蛋白质的氨基酸序列的核苷酸序列所表达的DNA得到，尽管最后这个策略的有效性可能会由于遗传密码的兼并而受到限制6。常规的核酸杂交方法，像电泳凝胶和正交，通常是漫长而且劳动密集型的7，并且也是大多数遗传学上内在生物分子的识别方法。但是，在这些例子里，她直接发生在物理传感器的表面。用这种方法，固定的DNA链也是生物传感器的一部分。从体内都到传感器的表面（固体支持），随着两个DNA链互补性程度的增加，核酸杂交更强大和更具体。其特异性和连接的稳定性在全（100）的互补性的情况下达到最大。然而，固体负载的杂交的分子机制仍然是未知和不可预知的，由于准确地确定固定核酸的浓度很有难度。即使这样，

9、固/液交界处的相关常见问题是分析物想传感器表面扩散，二维扩散，吸附和解吸9。尽管在溶液和交界处的杂交都很类似，杂交率都普遍的比之前的例子要高很多倍，呈现了相同的DNA系列和状况监测。这可能是由于在许多固定链联组的部分不可用，最终包含在该固定的过程。杂交率在单链或者双链的二级结构中有减小。这个事实也说明可以轻易的避免探针连续的合适的选择。进一步说，长链二级结构的DNA链的杂交装置也远比传统的双稳态模型要复杂的多10。在实际中，界面杂交率可以通过调节相关的环境状况（例如，离子强度和温度）或者减低非特定的吸附来优化11,12。在所有影响杂交率的因素里，最重要的因素是传感器表面的表面覆盖度（）；超过一

10、定密度连接的DNA探针分子之间的空间位阻效应以及传入之间的目标排斥力使他们成为占主导地位因素13。可以估计一个理想的表面应有的分子覆盖率为5×1012个分子/cm214。目标物的斥力也由缓冲溶液的离子强度决定，在习惯上，当1M的磷酸盐缓冲溶液的表面覆盖度达到3×1012 个分子/cm2，链之间发生的原子空间排布位阻和静电干扰也就没有了意义15。不像酶和抗体，在实验室合成的核酸识别器要容易的多，也高稳定性，和加热后很快就可以再利用。总之，合成寡核苷酸往往是首选，因为它没有传感元件复杂的构象的变化，而这些构象的变化会降低杂交速度，效率和选择性。用DNA生物传感器通过选择合适的应

11、变特定的DNA探针可对传染疾病进行诊断区分不同菌株和病原体，并充当免疫传感器获得早期诊断相比6。尽管终极目标是在临床标本中自主确定的DNA痕迹，在一般情况下，以前的PCR仍然需要扩增放大，直到达到检测DNA水平5。杂交不需要把自由的探针从配对的目标探针配合物中分离开来，这很方便，也可以获得高灵敏度检测，在需要时还可以通过PCR对探针化合物进行扩增。尽管它有能力来渲染，原则上，它有无限的灵敏度和可以放大，PCR技术装置通常过于复杂，容易污染，并要求熟练的工人，为在该领域的应用必须有笨重的设备16。PCR技术集成在TAS系统，最近已相应一体化的概念，在一个小型的单设备，DNA的提取，纯化，扩增模块

12、和检测，从而降低污染，试剂消耗检测时间。此外，杂交事件发生在液体上，而不是固体上，类似于在体内微环境。 然而，DNA芯片的不断努力，最终要生产的PCR-DNA检测的任务系统，即使这在商业可用设备并没有得到充分实现 1。双层DNA结构的检测通常被应用为杂交指示物（标记物），但是系统中其他的变化也会被检测到3。实验研究结果表明，阳离子与DNA的相互作用不会影响DNA的固定到一个固体支持物上17。此外，该标记必须不妨碍形成明显氢键之间的探针和目标，以及双层DNA结构的熔融温度（TM）6。因为放射性标记物对具有生物危害，从而新的DNA标记物产生了。DNA的固定无疑是基因传感器发展过程中关键的一步。传统

13、中的缺乏联系和在固体表面DNA链的稳定性大大受益于生物相容性的聚合物矩阵生产的最新进展而得到了很大的改善。3 DNA探针固定化技术聚合物载体在基因上的应用的目标是打破金纳米和玻璃表面DNA检测的传统界限。即核苷酸组的低面密度阻碍表面高浓度的核苷酸的固定但成本高。其他目标包括灵敏度最大化，表面功能，DNA键合密度，DNA层的稳固和分子的相互作用的消除，以及尽量减少非特异性联系18。亲水平面对核酸杂合的特别应用因为他们使杂交的基础变得容易暴露出来19，尽管生物体对离子强度的增加也有超然的作用。尽管如此，研究开展与固定人体白蛋白在阴离子乳胶表明了， 通过正极电位势垒的两个表面链接，形成生理盐水电解质

14、21的阳离子是可能的21。但是，对胶体的强疏水性和核苷酸表面张力的解决让禁锢他们在一小块区域变为可能，因此在芯片配置中可以防止最后的混合和交叉污染22。最近，传导性聚合物因为他们独特的电性能被用于生物传感器，包括强的电引力。一般来说，在DNA杂交后传导性阳离子的电化学反应减弱了，大概是因为被阴离子交换和聚合物改组阻碍了电化学反应23。在另一方面，成功的DNA固定阴离子聚合物到阳离子交换功能组别（例如，奎宁），可能是由于形成了积极的溶液离子屏蔽周围的DNA探针24。不管怎样，氨基集团的引进依旧是用生物大分子功能化固体表面的主要策略，如共价在裸露的硅上固定的寡核苷酸和聚乙烯层上的微球25,26。有

15、几种集合物可能可以同时用在一起，比如一种聚乙烯乙醇的交联聚合物胶体可以负载氯化物和聚乙烯去修改聚苯乙烯表面18,27。尽管附着在固体表面的DNA通常经过强共价键连接，附着作用会对DNA结构有轻微的影响，从而避免DNA的损坏28。例如，壳聚糖是一种天然的阳离子聚合体，他可以束缚多阴离子DNA链（包括本来的和变异的），形成一种非常稳定的固定29。但是，检测灵敏度最大化的获取通常是通过DNA单个共价固定，也将原子空间排列的阻碍降到最小，而双层DNA的形成对此是很有利的。先前的工作主要是聚吡咯在DNA生物传感器应用的建立，通过聚合物的固定或者单体电性能直接作用于传感器的表面30，31。自从传感器通过简

16、单的漂洗可再利用，同时也不会改变聚吡咯配合物上的矩阵，这种技术展现了广泛的用途。Bidan和她的同事使用电聚合物固定寡核苷酸32。一种吡咯和吡咯的混合物通过共价键和DNA结合是静电干扰的，导致了在金微电极上吡咯聚合物里寡核苷酸的不可逆固定。单分子膜自身聚合技术（SAMs），即一个传感器表面的简短成稀溶液中浸泡聚合物在室温下，自发地形成超薄，高度有序的层，类似细胞的微环境。这个单分子层能够强有力的吸附在固体表面，并且在热动力学上很稳定。SAMs的应用广泛，从控制亲水性程度的可能性到聚合物链的长度33。SAMs的利用能够避免固定标记物时的构象变化，保持其活性。这样就保证了电极表面高的均匀性和数据再

17、现性。此外，在比较与慢动力学观察薄聚合物薄膜或复合材料，分子尺度的生物膜层可以使电活性物质向电极表面快速扩散。SAMs也大幅度的减小了非法拉第电流和电极钝化34。金吸引类型的SAMs无疑是研究和使用的最多的，这主要得益于在S-Au键间的很高的吸引力。双功能团生物标记物允许简单一点的共价固定化核酸通过其5-磷酸端 35。尽管如此，单分子膜由于稳定性差，难以合成，其应用仍然受到限制。4. 新的生物传感器平台对新型诊断研究的主要趋势系统是DNA芯片（DNA芯片）的概念，通常由丝网印刷制造的相关的诊断试剂盒的微细技术，是受到了单晶硅为基础的技术的启发。其目的是为了制造高密度的微带传感器，以便于同时检测

18、多个不同的探头涂印上的DNA靶序列（带或不带标签），并将结果印在传统的光刻芯片上4。连续的，多目标同步检测的DNA芯片已经被广泛的应用在基因结构和基因表达的研究中。尽管芯片并不能算作真正的生物传感器从小处来说，它便宜并且装置便携化它们在分析工程中收到了很高的效率并且可以用微电子技术制备高选择性的识别元素36。从芯片的不断进步，传感器将肯定会介导生产的一次性芯片，从而消除目前芯片典型的局限性。这些措施包括缩放阵列难度和核苷酸密度，有限的分辨率和不同最佳杂交条件之间的A-T和C-G联系，这些都阻碍了在相同的芯片使用一个单一的一套优化参数，因此，一个可靠的DNA定量分析，依赖于很高的样品浓度37。尽

19、管DNA生物晶片拥有在一个单一芯片检测许多基因的检测能力，在没有基因组序列以前，细胞水平的检测扩增仍然有限38。本着这个任务，近年来在微型分析结构和设备上的兴趣增长很快39，基本上是一个适应DNA芯片包含有液体流动的渠道。他们在单一芯片上集成，DNA提取，纯化，模块，扩增和检测。电渗泵是这些系统中传播流的最常见的技术。这种流所产生的表面电荷微沿微电场与墙壁结合，从而形成微通道。在这些设备中，化学影响来源于生物识别的空间限制，并且转换元素可能被避免，从而导致了小型化，高效的信号传输和高度敏感的检测。因此也从低的扩散距离和高表面/体积比取得了高传质速率的成果40。Gulliksen等人从基于核酸序

20、列的扩增（NASBA）达到直接RNA扩增的实时合成相关序列的先驱工作中发现疱疹病毒（HPV），检测限达到10-6M，类似于标准诊断程序41。常规芯片通常需要相对较高质量的试剂和溶液。通常的反应中生物大分子的扩散速度很小，使杂交时间长。Wei等人通过整合TAS和芯片的概念，能够减少样品和试剂的体积至1 L，杂交时间不到10分钟，达到了19的检测限42。电磁分离计划已经广泛用于分离和检测所需的分析物。它们都是基于传感器的诱导偶极和电动互动领域，通过一个通道网络用来移动流体43。其方法实施于在TAS平台检测单核苷酸多态性（SNP），同时严格控制芯片的接口温度，从而避免了需要常见的外部温度传感器44。

21、部分非目标链间的杂交也因此得以避免，也因此提高了检测的选择性。新的生物分析程序，结构和纳米生物技术系统作为一个新兴的主题发展起来。一个品牌的一系列新的电子设备和传感器平台已经出现，作为固有的小规模和不寻常的光，磁，催化和力学性能的纳米粒子的后果，而不像那些散装材料。此外，适当的转导方法，通过调谐纳米粒子形态，结果实现纳米生物传感器的选择性 45。可以预见的是，由于技术和产业的原因，未来纳米芯片和纳米流控系统的制造，将作为大部分微感设备当前生产的机械方法的延伸，当前的方法往往是基于有机聚合物和凝胶，特别是硅橡胶帧，但最近爆发的纳米技术创造需求范围更广、成本低，易于制备的方法。这基本上可以对应从自

22、上而下的方法转移开始于模型，较大规模的布局，并降低其尺寸自下而上的方法，可通过从原子或分子建立起纳米结构来实现。这种自下而上的方法被广泛用于小纳米结构的廉价和容易生产。随着预期的成本/小型化产出效益上升时，生产微系统也指向微机械系统的组装和5-100nm范围的功能仿生结构46。5 基因传感器的传导机制5.1 光学传导机制5.1.1 光学纤维许多的DNA光学生物传感器通过一个光学纤维来传导荧光标记发出的信号。一般来说，一个DNA 单链探头放置在光纤末端，杂交其他链后，可以通过测量荧光强度的变化，探知双层DNA和标记的选择性结合。Piunno等人用溴化乙啶等溴化物作为杂交指示物。47这类化合物通过

23、配对和堆积，可以紧密的插入双链DNA的主要的沟槽。这种方式的杂交甚至可以被荧光检测到，同比与所有溴化物的数量，就可以利用光学纤维检测所有内部的反射光。但是尽管经过长时间良好的保存和完好的清洗后在提纯，其敏感性比起PCR和普通的核酸性杂交还是不是很高。这样做的另一个障碍是利用致癌化合物，考虑到生物危害，也引发了对替代物的寻找。5 Fergusson等人发现了一系列的光纤维生物传感器，在杂交后记录起荧光强度的增加，从而用于对聚合核苷酸进行连续的同步检测。48通过单独连接一个以微涂有不同DNA探针的光纤束的以光学芯片为基础的生物传感器被开发出来，其通过组合不同的荧光标记确定49。光学纤维生物传感器适

24、用于小型化，得益于纤维的小直径。因为光在长途的传导中不会有信号的损失，它们允许远程检测难接近或者危险的样品。信号的光学性质避免了电气噪声的干扰，并且是无公害的，适合运用在生物体内。这些生物传感器通常稳定性很差，容易被自然光干扰，除了成本高，石英光纤适合于紫外光的传导。5.1.2 SPR和短波直到几十年前，光纤作为天然的光子器件微电子电路和芯片替代品被广泛应用，但由于其密集的光波之间的干扰，造成了其规模和性能衍射极限的限制。然而，光通过小结构传导的机理引发了表面等离子体共振(SPR)技术的出现，这种技术通过引导光直射到金属和电解质之间的接口处实现。一个能应用在连续不断的DNA检测的即时SPR系统

25、，通过一个固定化生物素探针涂层芯片，并进一步结合的靶基因 50。这样的方式使得系统具有高度的专一性，在室温下，只能检测最多10分钟6。SPR也是光学DNA生物传感器的基础，即时的，在金表面修饰聚吡咯配体，旨在建造DNA芯片51。在这项工作中，一些杂交事件可以由电泳技术同时检测到，通过配制巯基试剂和几个固定的使用步骤实施。最近，Buhl和他的同事Buhl和他的同事们制定了一种SPR生物传感器芯片，可以检测系统性红斑狼疮患者携带的致病性dsDNA抗体产生的自身抗体52。同时，一种抗体被一对生物素人转制造的人造核苷酸链与免费链杂交出来。然后再联系到一个人的集重组双链片段，共价固定在流过的细胞；然后比

26、较健康和疾病的血清。这种方式能保证多个血清注射剂最大的稳定性和再生周期，为临床提供有益的功能诊断和监测。另外一种知名的光学生物传感器是共振镜，一种结合简单的SPR的设备和敏感性增强波导向装置的短波传感器5。这些传感器测量表面由生化反应（例如，DNA杂交）引起的光学参数变动，即界面上的反应标志。他们被发现在检测人类基因突变和在生物基因修饰上纳摩尔水平的PCR产物方面有显着的应用效果53，54。短波生物传感器的应用主要出现在不必要的目标链标签，杂交反应迅速（几分钟内）和100倍或更大的探头再利用等方面。其中最大的不足为低灵敏度，需要提高到10gDNA每毫升8。5.1.3 金纳米色度传感器被用于传统

27、上DNA的检测方式，以替代荧光标记。比色系统检测更具吸引力，是因为他们是无害的，简单和相对便宜的。作为一个例子，有人提议用这种可视的方式，利用DNA芯片在受感染的血液样本中同时定性和检测艾滋病毒，丙型肝炎病毒（HCV）和乙肝病毒反转录（HBV）55。在这个项目中，它被用于作为一个多元的同步的PCR和对聚合酶链反应和所有核酸序列的检测提出56。检测由从信号放大器碱性磷酸酶反应输出的颜色信息判断完成，检出限达到了1pg每病毒DNA片段。一种可替代DNA标记的光学检测，通过使用功能化金纳米粒子（GNPs），相比于荧光标记具有相对较高的稳定性和较低的背景噪声 57。色度传感器最近被建立在DNA和纳米配

28、合物的连接。一个有趣的计划即大幅减少背景信号已被发展，其通过连接GNPs到乳胶微粒上实现58。这些类型颗粒与单链DNA探针的连接，都是给以一个免费链到目标DNA。典型的，红色分散的GNPs在聚合聚合物网络广泛杂交后形成时会变为蓝色。这种颜色变化在硅胶支持下可以通过分光光度计测定或者肉眼分辨。然而，红色和蓝色在肉眼里并不是很容易辨别，并且蓝色在分散的GNP探针中比红色显著的不明显。使用白乳胶微球可以省却这些障碍。分散的GNP产生的背景信号可以通过目标和通过大小选择性的醋酸纤维素膜的探针显着的降低。分散的GNP探针通过细胞膜，大于乳胶粒子就被吸附（图1）。这种系统的一个优势是大部分GNP探针不需要

29、干扰信号的解释就可以被利用。这种方法快速、敏感、便宜、简单，并且同样适用于其他类型的微球和纳米颗粒。大体上说，金属纳米颗粒利用其高的信号噪声比率，适合制造小型化，高密度DNA芯片。它们容易合成和功能化（在室温下简单混合），且有可控的，自组装的表面结构59。大多数GNP为基础的检测系统依靠扩展互联的立体聚合形成通过DNA杂交的网络。最常用的两套GNPs是用于每一个结合不同的DNA探针，每个探针结合的目标链的一端。由于每个粒子有多个DNA结合的触角，目标序列的特异性将许多粒子胶合在一起。蓝色的发射光谱因此发生，届时可能产生的颜色变化在肉眼就可以观察到。在一个纳米颗粒为基础的SPR系统中，大规模的生

30、产，金SAM合成复杂的化学反应可能产生DNA芯片的结构缺陷，从而危及到检测的再现性和可靠性。为了图1 GNP比色法检测DNA和乳胶微球的布局。自由，红色的单链DNA修饰的GNPs自由穿越醋酸纤维素半透膜。白色乳胶微粒，另一方面过大而无法通过这道屏障。在一个存在ssDNA的目标，GNPs绑定乳胶颗粒，产生大尺寸红色标记，成为膜保留。克服这个难关，SPR干涉联用检测摩尔合成和阳极为氧化铝层的多孔的金纳米芯片的加强PCR连续DNA60。金沉积在芯片上形成一个高度有序的帽层上的氧化物纳米结构。相对反射强度在芯片表面的强烈依赖于生物分子层的有效厚度。这种格式允许在小卷的一次性芯片快速检测基因，使它可能小

31、型化和大批量的生产。一个令人感兴趣的工作 61 SPR成像技术设备选择性检测沉积GNPs粒子修饰的ssDNA和ds DNA，在高盐的浓度下，在一个芯片微通道壁所形成的表面图案化聚二甲基硅氧烷（PDMS）板绑定到一个黄金薄膜沉积的玻璃基板。检测线因此可以达到19 fmol，在SPR便携形式的设备，是一个有前途的工具，能够点分析单核苷酸多态性。避免使用复杂和昂贵的仪器，以DNA/纳米粒子为基础的比色传感器似乎是一种相当有前途的点护理诊断。5.1.4 量子点从上至下制造纳米结构的其中一个重要方法是量子点，一种用于生物大分子探针的荧光标记的纳米粒子。他们与一般的有机荧光团不同，他们比前者更亮（能获得更

32、高的量子产率）和耐光。另外，他们的颜色和大小是直接关联的，发射一个单一的，明确的波长激发后（较高的相应尺寸到一个更高的发射波长）；他们拥有广泛的吸收光谱和窄的发射光谱排放较大的变化，其中，允许激发波长红移远离激发峰 62。不同激发峰几乎所有的量子点能够用一个单一的，短波长的激发源激发，这个事实能够强有力的证明其能检测复杂生物系统中的一些成分63。这些性质使得不同大小的量子点能够充当不同目标的可分辨标记64。应用量子点为基础的DNA分析是在芯片格式上的一个表面等离子体增强荧光显微镜检测方案65。共振激发表面等离子体化学点连接到目标分子的模式，从而引起分析物检测的敏感度增加。作为单信号光源激发点群

33、的结果，一个单独的共振细胞质表面的入射角是必要的。它已被证明量子点可以进行荧光共振能量转移（FRET）的现象，基本上是一个级联较大的带隙传递到较小的物种的能量传递过程66。这一原则被用来建立两个目标特异性探针的荧光标记的记录者和生物素捕获探针和量子点标记的链分子的传感器67。对于目标DNA的形式，其组装是由综合所有的这些结构形成的。结果是荧光从受体荧光发射的照明手段受到量子点的捐助，从而表明目标的存在。在此配置，量子点因此作为共振能量捐助者以及目标集中者。因为探针在FRET中不参与，也不发荧光，他们的迁移是没必要的。该系统的检测限为100倍，高于类似传统的FRET探针为基础的检测与聚焦荧光光谱

34、，因此不需要预扩增目标。最近，Feng和同事报道了利用量子点作为生物标志物的功能化碳纳米管来增强DNA检测的敏感性68。纳米管中量子点的合成主要靠有名的逐层沉积的方法实现。这种方案的主要特征是一种有效的能量转移过程，其发生在纳米管的外端较大的带隙的量子点到在内侧带隙较小的量子点间，作为一种内在的能源通过存在的碳纳米管墙壁坡道。其提高的敏感度结果暗示着一种潜在的微量DNA检测的功效69。5.1.5 其他系统电化学涉及光产生附近电极通过物种进行高能还是很有限反应液试剂。它有着很宽的化学发光线性范围，并且不用很复杂而且昂贵的光源和荧光染色。Lee等人用钌联吡啶(Ru(bpy)32+)和用合适的电化学

35、方法检测杂交，通过Ru配合物显示了优越的化学稳定性和相对的长激发态。一个令人感兴趣的关于提高杂交检测信号的计划是利用DNA信号作为DNA探针71。DNA信号是单链脱氧核糖核酸寡核苷酸与荧光标记在其他一个肢体和冷却器；它们之间的距离很密切，由于该干循环（U型）格式，防止荧光的发射。当分子和游离链杂交后，作为结果，分子变为直线型，体系也因此发荧光。在这一系统中，实现在皮摩尔范围的高特异性和单碱基分辨率是可能的72。这项技术的主要缺陷，旨在制造的DNA实时和同步分析的传感器和不同的目标芯片，是成本高的和繁琐的准备数百种不同的探针，每一个都要修饰荧光团和冷却器。相反于常用方法使用荧光共价相连的寡核苷酸

36、探针，一个新的策略，采用了荧光标记的通用记录链，其中捆绑了记录区域在U型格式上73。这个地区有一个共同所有序列特异性的碱基序列探头。利用单一的荧光标记的通用序列的所有目标的记录链，能实现更便宜和简单的程序。这项计划还以信号放大为基础检测脂质体和被NASBA用于病毒基因组扩增后登革病毒的血清歧视检测74。这种三明治系统合并了脂质体耦合记录探针（免费的通用序列添加到RNA的过程中扩增步骤）和膜固定化生物素捕获探针。DNA标签脂质体的数量与样品中RNA的数量成比例，能在15分钟内用一台便携式电化学反射计检测出来。这种布局的一个微小的变化，在探测区域固定一个磁球体连接到一个永久的捕获探针，建一个微流体

37、格式75。脂质体被染色标记充满，因此产生高倍数信号和在荧光显微镜下高灵敏度。基于上述两种设计，通过整合建聚醚砜膜具有固定到DG-富集普遍记者录探头和一个染料填充的连接到DC富集普遍探针的脂质体的光学检测，建立了一种生物传感器36。记录和捕获探针可以很容易、迅速的切换为特殊的目标系列。这种传感器优化后，在不到30分钟里就可以轻易识别和量化以前扩增的细菌序列。该探测计划是用于特定的鉴定的四种血清型登革热病毒在一个单一的，多分析物法，取代了之前的四个独立的实验76。单分子探测器是DNA/蛋白质配合物的最具有革新性的成就之一；他们充当细胞蛋白器，可以利用单碱基分辨率，即时读取和复制单一核酸分子8。一个

38、共同的光学方法的单分子探测器，利用SiO2表面所附的DNA聚合酶，通过为每一个核苷酸使用不同的荧光，能够实时监控具有荧光标记的核苷酸纳入越来越多的DNA链77。参考文献1 K. Kerman, M. Kobayashi, E. Tamiya, Meas. Sci. Technol. 15 (2004) R1.2 S.R. Mikkelsen, Electroanalysis 8 (1996) 15.3 J.Wang, Nucleic Acids Res. 28 (2000) 3011.4 M.I. Pividori, A. Merkoc¸ i, S. Alegret, Biosens

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