原理-​电化学 DNA传感器-替代[韦克威]

   DNA的电化学研究工作始于20世纪60年代，早期的工作主要集中在DNA基本电化学行为的研究。70年代利用各种极谱电化学方法，研究DNA变性和DNA双螺旋结构的多形性。但是DNA直接电化学测定方法容易受介质条件的限制及高浓度蛋白质和多糖的千扰，而且不能对特定碱基序列的DNA进行识别测定。后来人们发现含乙啶铕的碳糊修饰电极的伏安响应和光谱电化学响应与DNA的存在与否有关，并且在电极上乙啶锱与DNA的相互作用可通过电化学控制来调节。该研究是电化学DNA传感器的早期雏形。经过十几年的发展，当前“电化学DNA传感器”与“压电DNA传感器”和“光学DNA传感器”一样，已成为一种全新的、高效的DNA(基因)检测技术，它与通常的标记(放射性同位素标记、荧光标记等)探针技术相比，不仅具有分子识别功能，而且还有无可比拟的分离纯化基因的功能，因此，在分子生物学和生物医学工程领域具有很大的实际意义。

   电化学DNA传感器是由一个支持DNA片段(探针)的电极和检测用的电活性杂交指示剂( hybridization indicator) 构成。DNA探针是单链DNA(ssDNA)片段(或者一整条链),长度从十几个到上千个核苷酸不等，它与靶序列( target sequence) 是互补的。一般多采用人工合成的短的寡聚脱氧核苷酸作为DNA探针。通常将ssDNA(探针分子)修饰到电极表面构成DNA修饰电极。由于ssDNA与其互补链杂交的高度序列选择性，使得这种ssDNA修饰电极具有极强的分子识别功能。在适当的温度、pH值、离子强度下，电极表面的DNA探针分子能与靶序列选择性地杂交，形成双链DNA(dsDNA)，从而导致电极表面结构的改变，这种杂交前后的结构差异，通过一电活性分子(即杂交指示剂)来识别，这样便达到了检测靶序列(或特定基因)的目的。杂交指示剂是一类能与ssDNA和dsDNA以不同方式相互作用的电活性化合物，主要表现在其与ssDNA和dsDNA选择性结合能力上有差别，这种差别体现在DNA修饰电极上其富集程度不同，也就是电流响应不一样。另外，由于杂交过程没有共价键的形成，是可逆的，因此固定在电极上的ssDNA可经受杂交、再生循环。这不但有利于传感器的实际应用，而且还可用于分离纯化基因。