我國電化學DNA納米生物傳感器和蛋白質芯片生物傳感器研制成功

近日，我國科研人員在生物傳感器研究方面取得重要成果——中科院力學所和上海應用物理所分別研制成功新型電化學DNA納米生物傳感器和蛋白質芯片生物傳感器，其具有靈敏度高、特異性強、檢測時間短等優(yōu)點，研究均達到國際先進水平，在生物醫(yī)學領域顯示出廣泛的應用前景。

在國家自然科學基金委、中國科學院和上海市科委的支持下，中科院上海應用物理所近日研制出一種新型的電化學DNA納米生物傳感器(CDS)，這一生物傳感器具有高靈敏度和高特異性。日前，《美國化學會會志》(《JACS》)在7月號正式刊出該研究成果。

發(fā)展新型DNA檢測方法是后基因組時代的需求，諸如生物安全、人體健康(肝炎、艾滋病等)等領域都需要快速、便捷的DNA或RNA檢測技術。電化學技術具有快速、靈敏、低能耗、易于微型化和集成化等優(yōu)點，被認為是在時效、成本等有較高限定要求的場合實現(xiàn)DNA檢測的首選技術之一。

該電化學DNA納米生物傳感器是在中科院上海應用物理所樊春海研究員的指導下由博士研究生張炯等人研制而成的。其特色是通過對電極界面納米尺度的精細調控，同時引入金納米粒子進行電化學信號放大，從而顯著提高了DNA檢測的靈敏度。該生物傳感器可在1~2小時內快速檢測到約兩萬多個DNA分子，檢測靈敏度達到10飛摩爾/升(10fM)的DNA，超出常規(guī)熒光DNA檢測方法約3個數(shù)量級。研究人員也以一種與乳腺癌相關的BRCA-1基因序列檢測為模型，展示了該傳感器在進行單堿基變異性檢測(即SNP分析)中具備高特異性。

而另一研究成果“蛋白質芯片生物傳感器系統(tǒng)”及其實用化樣機，是由中科院力學所國家微重力實驗室靳剛研究員領導的課題組，在中國科學院知識創(chuàng)新工程和國家自然科學基金的資助下經過多年努力完成的。該研究將多種蛋白質活性微列陣、生物分子特異結合性，與高分辨率橢偏光學成像技術相結合，提供了一種新型無標記蛋白質分析技術。在7月5日召開的成果鑒定會上，鑒定組專家一致認為，該蛋白質芯片生物傳感器系統(tǒng)自動化程度高、系統(tǒng)集成性強，達到國際先進水平。

蛋白質芯片生物傳感器系統(tǒng)的特點在于，它使用單一非標記試劑檢測靶分子，能夠更好地保持生物分子的活性，減少非特異信號的影響，提高蛋白質分子相互作用檢測的靈敏度，實時、直觀地顯示檢測結果，并具有鑒別偽信號的功能。它在同一微流道蛋白質芯片反應器系統(tǒng)內實現(xiàn)了蛋白質溶液輸運、蛋白質芯片的制備和蛋白質相互作用，具有48個獨立單元，可實現(xiàn)對多樣本、多指標同時進行檢測，有效減少了檢測時間和降低了樣品消耗。此外，使用該系統(tǒng)進行蛋白質樣品的檢測時，除試劑外，幾乎沒有芯片制作成本。

以乙肝五項指標的檢測為例，采用目前臨床酶聯(lián)免疫逐項檢測方法，至少需要1天才能得到結果，而蛋白質芯片檢測系統(tǒng)只需40分鐘，大大提高了檢測效率；傳統(tǒng)檢測方法至少需要幾毫升血液，而新系統(tǒng)采用了微流道蛋白質芯片反應器，實現(xiàn)了高靈敏度光學無接觸、無擾動、無標記物的多元分子檢測，只需要幾十微升血液即可得到檢測結果，顯著降低了樣品的消耗。

由于高通量的優(yōu)勢，該蛋白質芯片生物傳感器可應用于蛋白質和蛋白質譜的檢測、疾病標志物的識別和藥物篩選等領域。目前，已成功用于乙肝五項指標同時檢測、腫瘤標志物檢測、微量抗原抗體檢測、SARS抗體藥物鑒定、病毒檢測及急性心肌梗死診斷標志物檢測等多項實驗，應用前景廣泛。

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生物傳感器技術是近幾十年內發(fā)展起來的一種新的傳感器技術，是將生物活性材料（酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發(fā)展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。

生物傳感器較多應用于醫(yī)藥、生物工程、環(huán)境保護、食品、農業(yè)、畜牧等與生命科學關系密切的領域。例如，臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來檢測體液中的各種化學成分，為醫(yī)生診斷提供依據；生物工程產業(yè)中用生物傳感器監(jiān)測生物反應器內各種物理、化學、生物的參數(shù)變化以便加以控制。

生物傳感器可以按照其感受器中所采用的生命物質分為微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等；也可以按照傳感器器件檢測的原理分為熱敏生物傳感器、場效應管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等；還可以按照生物敏感物質相互作用的類型分為親和型和代謝型兩種生物傳感器。