[發(fā)明專利]基于PEFC的自供能miRNA生物傳感器及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810840794.0
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109115845B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 李峰;蓋盼盼;張淑霞;劉曉娟;侯婷
• 申請（專利權）人: 青島農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發(fā)明涉及一種基于PEFC的自供能miRNA生物傳感器及其應用，屬于生物傳感技術領域。將CdS QDs修飾到與miRNA部分互補的發(fā)卡DNA的一端，CdS QDs對光電化學材料g?C₃N₄起到敏化作用。目標miRNA與其互補鏈的雜交配對形成剛性雙螺旋結(jié)構(gòu)后，CdS QDs遠離g?C₃N₄表面，使得CdS QDs對g?C₃N₄的敏化作用減弱，導致陽極流向陰極的電子減少，引起PEFC的開路電壓變化，實現(xiàn)miRNA的檢測。該傳感器檢測過程中無需額外供電設備、組裝簡單方便、成本低廉、抗干擾能力強，DNA鏈的互補配對效應使該傳感器具有高選擇性，可實現(xiàn)miRNA簡單、快速、靈敏、高效檢測。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于PEFC的自供能miRNA生物傳感器及其應用，屬于生物傳感技術領域。

背景技術

光電生物燃料電池(PEFC)是一種特殊的燃料電池，其能在溫和條件下，利用光激發(fā)提供可持續(xù)能源，受到廣泛關注。基于PEFC的自供能生物傳感器，是一種以電池性能輸出作為分析檢測信號的一類傳感器，該傳感器信號與被檢測分析污濃度成比例關系。與傳統(tǒng)傳感器相比，光電自供能生物傳感器檢測過程中無需施加額外電源，其具體優(yōu)點主要表現(xiàn)在：(1)設備簡單。檢測過程不同于傳統(tǒng)的電化學檢測三電極體系，僅需兩根電極，即PEFC的陰陽兩極，便可實現(xiàn)檢測；(2)抗干擾能力強。測試體系未施加額外電源，能有效避免易發(fā)生氧化還原的電活性物質(zhì)在電極表面反應，從而提高了傳感器的抗干擾能力；(3)能實現(xiàn)簡單、快速、實時檢測。檢測過程中無需電化學工作站等供電設備，僅需簡易電壓表和適宜的光源便可實現(xiàn)檢測，故檢測設備易攜帶，能實現(xiàn)實時監(jiān)測。

MicroRNA(miRNA)，約22個核苷酸大小的內(nèi)源性非編碼RNA，在多種生物過程如細胞分化、凋亡、增殖和免疫反應中具有重要作用，已成為用于檢測多種癌癥的診斷和預后評估的新生物標志物。目前，檢測miRNA表達的方法主要有Northern印跡法、miRNA陣列和實時逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)、電化學方法。Northern印跡法靈敏度低、費時費力、樣品需求量大。微陣列檢測法同樣存在靈敏度較低的缺點，并且特異性較弱。RT-PCR具有高特異性與高靈敏度，但該方法操作繁瑣、RNA需分離純化。miRNA小尺寸的特點也限制了傳統(tǒng)RT-PCR的直接應用，并且miRNA家庭成員之間高的序列同源性也使定量分析成為挑戰(zhàn)。因此，設計制備基于生物燃料電池的自供能生物傳感器，實現(xiàn)miRNA簡單、方便、高靈敏、高特異性檢測非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，本發(fā)明構(gòu)建了基于PEFC的miRNA生物傳感器，核心技術便為PEFC的構(gòu)建，其中以氧化石墨烯/碳納米管/金納米粒子(GO/CNTs/AuNPs)作為laccase的載體，構(gòu)建生物陰極催化氧氣；以AuNPs-g-C₃N₄作為光陽極檢測miRNA。首先將與miRNA部分互補的發(fā)卡DNA固定到電極表面，發(fā)卡DNA一端連接電極表面，一端修飾CdS QDs。當無目標miRNA時，由于發(fā)卡DNA沒有被打開，CdS QDs靠近電極表面對g-C₃N₄起到敏化作用，此時陽極光電流較大，流向陰極的電子較多，電池輸出電壓高；當目標miRNA存在時，由于miRNA打開發(fā)卡DNA，目標miRNA與互補鏈形成剛性雙螺旋結(jié)構(gòu)，使CdS QDs遠離g-C₃N₄表面，CdS QDs對g-C₃N₄敏化作用減弱。目標miRNA的引入，達到使CdS QDs遠離電極表面的目的，流向陰極的電子減少，電壓輸出信號減小，用于定量檢測目標miRNA。本發(fā)明設計的基于PEFC的自供能miRNA生物傳感器，可實現(xiàn)目標物簡單、快速、靈敏、高效檢測。

本發(fā)明是采用以下的技術方案實現(xiàn)的：