[發明專利]基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器

在審

• 申請號: 202211345656.8
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115876852A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 朱燁;李濤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30;G01N27/327
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發明屬于生物檢測技術領域，涉及基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器，由目標物循環單元和多足型DNA步行器單元組成；目標物循環單元中，封閉的多足型DNA步行器能夠在燃料鏈F和目標核酸的共同作用下釋放多足型DNA步行器，多足型DNA步行器單元中，封閉的金電極能夠在標記DNA和釋放的多足型DNA步行器的作用下，釋放封閉鏈B2，從而通過第一電化學信號材料與第二電化學信號材料的電化學信號比的檢測，實現目標核酸的超靈敏定量檢測。本發明提供的基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器能夠超靈敏地檢測核酸。

技術領域

本發明屬于生物檢測技術領域，涉及基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

DNA步行器通過在預設軌道上自主移動以放大和轉換信號，在生物傳感應用中顯示出巨大的潛力。迄今為止，DNA步行器的步行鏈數已逐漸從單足發展到雙足甚至多足。相比之下，多足型DNA步行器因有著高局部濃度的步行鏈而具有更好的行走連續性和更高的反應效率。在行走過程中，由生化反應(如鏈置換、核酸酶輔助的鏈斷裂和水解)引起的吉布斯自由能梯度驅動DNA walker自發地向低能級移動。然而，DNA步行器需要提供核酸酶作為驅動力，酶活性對于DNA步行器的檢測效果影響較大。因而需要一種新型無酶等溫放大策略應用于即時檢測(POCT)設備。

發明內容

與核酸酶提供的驅動力相比，toehold介導的鏈置換反應(TMSDR)可以在無酶和等溫條件下進行，為開發低成本和穩健的POCT裝置留下了巨大的空間。作為計算能力強大的DNA納米技術，TMSDR可以促進動態DNA納米技術的關鍵過程，基于TMSDR的傳感器自然最適合檢測核酸分析物。重要的是如何將TMSDR驅動的動態DNA納米技術與有效的目標識別和適當的檢測方法相結合以輸出檢測信號。

為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器，該系統集成到比率型電化學生物傳感器中，能夠超靈敏地檢測核酸。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一方面，一種基于鏈置換反應驅動的動態DNA納米系統的生物傳感器，由目標物循環單元和多足型DNA步行器單元組成；

所述目標物循環單元，包括多足型DNA步行器、輔助鏈A1、封閉鏈B1和燃料鏈F；多足型DNA步行器，由金納米顆粒表面連接至少2個步行鏈W形成，步行鏈W的一端連接金納米顆粒；封閉鏈B1設置W區、A1區和第一toehold區；W區能夠與步行鏈W另一端的DNA片段進行互補；A1區能夠與輔助鏈A1互補；第一toehold區能夠與目標核酸雜交，通過鏈置換反應使得目標核酸置換輔助鏈A1，同時在封閉鏈B1的中間部位暴露第二toehold區；燃料鏈F能夠與第二toehold區雜交，通過鏈置換反應取代步行鏈W和目標核酸；

所述多足型DNA步行器單元，包括金電極、輔助鏈A2、封閉鏈B2和標記DNA；所述金電極表面連接若干底物鏈S；底物鏈S設置B2區、A2區和第三toehold區；B2區能夠與封閉鏈B2進行互補；A2區能夠與輔助鏈A2互補；第一toehold區能夠與步行鏈W雜交，通過鏈置換反應使得步行鏈W另一端的DNA片段置換輔助鏈A2，同時在底物鏈S的中間部位暴露第四toehold區；標記DNA能夠與第四toehold區雜交，通過鏈置換反應取代封閉鏈B2和步行鏈W另一端的DNA片段；所述封閉鏈B2的一端連接第一電化學信號材料，封閉鏈B2與與底物鏈S雜交后，第一電化學信號材料靠近金電極；所述標記DNA的一端標記第二電化學信號材料；標記DNA與底物鏈S雜交后，第二電化學信號材料靠近金電極。