DNA电化学生物传感器检测病原微生物的应用研究进展

DNA电化学生物传感器检测病原微生物的应用研究进展

牛彦婧融慧

牛彦婧融慧

新疆省库尔勒市第一人民医院841000

【摘要】病原微生物的检测依赖于疾病的快速检测，能有效预防并控制疫情，相比传统的检测方法，DNA电化学生物传感器具有灵敏度高、检测度高、检测成本低、携带方便等优势。本文对DNA电化学生物传感器的工作原理以及应用进行了综述，现将其作如下报道。

【关键词】病原微生物；快速检测；DNA电化学生物传感器

随着近年来重大疫情和生物恐怖事件的发生，病原微生物对人体的健康造成了巨大的威胁。面对以上威胁，需要对病原微生物进行快速的现场现场检测，生物传感技术是近年来发展迅速的一种病原微生物检测方式，其成本低，速度快，灵敏性高，自动化的优势在业界备受关注[1]。根据传感器页面修饰的生物活性不同，可将其分为免疫传感器，细胞传感器，DNA传感器没生物传感器组织传感器等，其中DNA电化学传感器，灵敏度高，便于携带，成为了现场检测最重要的一类生物传感器。现将其工作原理、修饰方法及信号转换机制作如下报道。

1、DNA电化学生物传感器工作原理

DNA电化学生物传感器的工作原理是将DNA探针固定在基质表面，并对互补的靶序列进行识别，通过通过信号转换装置将识别到的杂交信号转化为电信号。而DNA电生化学传感器的关键点就在于敏感元件的制备，合理的探针设计，并将探针安装固定在电极表面，是元件制备的关键点[2]。此外，DNA电化学生物传感器的信号传导机制就是将靶序列和探针上的杂交结合信号转换为电子信号，由此被电化学检测设备所识别，形成最终的电化学响应信号。

2、DNA探针的修饰固定方法

2.1物理吸附法

物理吸附法是通过静电吸附作用对探针进行固定或是使用一些具有DNA分子特异性的氨基酸聚合官能团对探针进行固定，该方法操作简单、易行。

2.2共价结合法

共价结合法是目前最为普遍的一种探针固定法，该方法是在电极表面或探针表面装饰一些活性的官能团，然后通过活性官能团之间的共价作用，再将探针固定在电极表面。谢建平就以结核杆菌作为检测的对象，设计出了PNA与DNA为探针的生物传感器[3]。

2.3亲合素结合法固定

亲合素结合法固定是通过生物素化的DNA探针以亲和素和生物素的方式进行结合后连接到亲和素修饰的电极基底上，以此达到将电针固定在电极表面的目的。张诒亮等[4]采用亲合素结合法制备出了检测甲型流感病毒靶序列的生物传感器，结果发现对目标物的检测表现出了高特异性与高灵敏性。

2.4分子自组装法

分子自组装法也是目前使用最为广泛的一种探针固定法，其原理是将巯基修饰的DNA探针通过Au．S键作用在金电极表面进行固定，同时在电极表面形成了有序的单分子层，在巯基等分子进行引入后采取封阻，最终让探针序列在电极表面直立，降低对空间的位阻[5]。该方法效果稳定，制作简单，已经广泛用于高性能生物传导器的制作和生物分析物基底的固定，并且均表现出了良好的检测性能[6]。

3、DNA电化学生物传感器信号转换机制

DNA电化学生物传感器的信号传导是将探针和靶序列杂交信号转换为电子检测信号，目前的检测标记方式包含非标记检测与标记检测。非标记检测是指在不需要信号标记的情况下对探针和靶序列杂交前后的电极表面发生的物理变化与化学变化进行检测，标记检测法包括基于特异性氧还原指示剂的检测法与基于电化学杂交指示剂的检测法。其中电化学指示剂还包括亚甲蓝，二茂铁，金属络合物等，其工作原理是将这些杂交指示剂通过探针和靶序列的结合变化来判定把序列是否存在。使用特异性的氧化还原指示剂，主要是采用三明治夹心法，对电化学体系中的氧化还原反应进行检测，常用的指示剂包括碱性磷酸酶、氧化还原酶等。

4、总结与展望

由此可见，DNA电化学生物传感器，尤其是在各种新型纳米材料的应用中，在核苷酸的检测序列方面都表现出了高度的特异性与灵敏性，同时还具有成本低、速度快、准确率强等优势，检测设备趋于小型化与自动化。通过探针的修饰以及使用不同信号将因子放大等多重检测方式，在基因水平对病原体的检测上表现出了广阔的前景[7]。

参考文献：

[1]禹亚莉，李燕，张俊玲，等.基于DNA双链电荷转移的Hg2+电化学生物传感器的研究[J].上海海洋大学学报，2017，23（2）：314-319.

[2]朱丹，李强强，逄秀梅，等.阻抗光谱在电化学生物传感器中的应用[J].化学传感器，2016，5（1）：42-47.

[3]谢建平，乐军，王洪海.结核分枝杆菌的真核生物样信号转导元件[J].生命的化学，2001，23（1）：36-38.

[4]张诒亮，任玉琰.DNA生物传感器快速检测病原微生物的临床实验研究[J].中国继续医学教育，2013，6（3）：5-6.

[5]王金艳，孔文，董世彪，等.应用DNA四面体探针电化学生物传感器检测埃博拉病毒核酸[J].军事医学，2016，23（7）：554-557.

[6]许世超，温俊男，江南，等.NaOH蚀刻玻碳电极的大肠杆菌DNA电化学生物传感器的构建及检测[J].分析测试学报，2017，16（4）：555-559.

[7]海洪，黄文刚，梁顺超，等.基于切刻内切酶信号放大的电致化学发光DNA生物传感器的研究[J].分析化学，2016，33（5）：779-786.