[發明專利]雙敏感金修飾的DNA功能化玻璃納米孔門控系統、構筑方法及應用

在審

• 申請號: 202010960764.0
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112114020A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 李永新;趙丹丹;未海峰;湯浩然
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: G01N27/36
• 分類號: G01N27/36;G01N27/30;G01N27/327;G01N27/333;G01N27/48
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了雙敏感金修飾的DNA功能化玻璃納米孔門控系統、構筑方法及應用，通過拉制玻璃納米孔，獲得更小尺寸的玻璃納米孔，通過紫外光下利用辛基苯基聚氧乙烯醚TX?100還原氯金酸得到金修飾的玻璃納米孔，同時通過金硫鍵修飾上富含胞嘧啶的DNA，得到對Ag⁺和pH雙敏感的納米門控系統，可進行對Ag⁺和半胱氨酸檢測，而且檢測限低，檢測范圍廣，檢測性能準確、穩定。

技術領域

本發明屬于納米孔傳感器領域，具體涉及雙敏感超薄金修飾的DNA功能化玻璃納米孔門控系統、構筑方法及應用，對Ag⁺和pH雙敏感，實現對pH傳感和Ag⁺檢測。

背景技術

生物醫學的快速發展和實際需求為生物傳感分析提出了新挑戰，疾病早期診斷及復雜生物樣品中的靈敏、準確檢測的迫切要求促進分析化學傳感技術由傳統的定性與定量分析向更高的單分子檢測水平發展。

自庫爾特計數器發明以來，隨著單通道電流的記錄技術及納米微加工技術的日趨成熟，納米孔檢測技術以其獨特的低成本、操作簡單快速、高通量、實時在線和免標記等優勢，已在分析化學領域獲得廣泛的關注和發展。基于納米孔構建的電化學傳感器已被廣泛用于檢測各種離子、生物分子、單分子蛋白及DNA等。

最先被廣泛研究的納米孔是生物納米孔，如α-溶血素，生物納米孔的孔徑精確、固定，在區分短的寡核苷酸片段及單鏈DNA方面有絕對優勢。但是，此類納米孔本身也具有一定局限性，因其機械穩定性差、對實驗條件(溫度、pH、鹽濃度等)要求苛刻而限制了廣泛應用。

隨著微加工技術的發展，越來越多的研究人員開始關注固態納米孔。固態納米孔具備較好的機械強度、優異的化學穩定性和熱穩定性，能夠適應更加復雜的檢測環境，還可重復使用，節約成本。固態納米孔的形狀和尺寸可調控，且能在其表面進行靈活的化學或生物修飾，能夠用于多種復雜結構分子目標物的檢測。此外，其穩定的結構有助于與其他微型探測器和探針或分析電路相集成，構建更加靈敏的單分子檢測的生物傳感器。

為了增強固態納米孔在生物傳感器領域的適應性，主要有兩種經典途徑來對固態納米孔的內表面進行化學修飾。第一個策略是將功能分子直接固定在納米孔的內表面，如基于溶液反應的以共價鍵結合方式的改性，靜電自組裝,和等離子體修飾。第二個策略包含兩步：第一步，通過各種方法使納米孔表面金屬化，如無電鍍沉積，離子濺射沉積和電子束蒸發法；第二步，由于金屬表面與含有-SH或S-S基團的分子之間自發形成了Au-S和Au-Pt鍵，在金屬表面以共價鍵的形式自組裝修飾上功能分子單層膜。

另外，固態納米孔中的玻璃固態納米孔具有突出的優點，如成本低、剛度大、易于制造、尺寸和形狀可調且可重復。另外，由于玻璃納米孔的尖端尺寸非常小，并且具有針狀的幾何形狀，因此是分析測量中易于使用的理想工具。基于玻璃納米孔的技術已經被證明是基礎研究和生物傳感應用的一種有前途的新方法，目前正受到極大關注。

一些研究小組致力于玻璃納米孔的改性，使用化學方法進行內部修飾。首先，可以通過修飾功能分子(如脫氧核糖核酸)來實現特異性檢測適體、抗體和分子印跡聚合物；其次，提供了一種研究生物分子之間相互作用的可能方法；第三，分子和離子運輸的智能控制可以通過附著刺激相應分子和施加刺激(如酸堿度、光和溫度)來實現。

比為了提高玻璃納米孔的生物化學應用，金薄膜由于金-硫化學反應的便利，通常被涂覆在玻璃納米孔的內壁上。許多課題組已經開發了許多方法來制備金膜，例如化學電鍍、電沉積、濺射沉積等等。雖然上述方法簡單成熟，但是過程難以控制，納米孔的尖端容易堵塞。最近，濕法化學方法被引入到金修飾錐形玻璃納米孔中制備金膜。例如通過葡萄糖氧化酶催化還原氯金酸或紫外線乙醇還原氯金酸制備金修飾錐形玻璃納米孔；Cao et al報道了一種基于牛血清白蛋白還原能力制備金修飾玻璃納米孔的仿生方法。盡管上述方法在各種應用中表現出良好的性能，但是制備過程相對復雜，改性納米孔的傳感應用很少，蛋白質制成的納米通道門控只能在脂質膜的環境中起作用而限制了應用。