[發明專利]電化學核酸傳感器

在審

• 申請號: 202211702743.4
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN115980159A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王晗;王雪琪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發明公開了一種電化學核酸傳感器，包括傳感電極及核酸分子信號放大體系，傳感電極包括電極基底以及電極界面，電極基底用于電性連接數據采集器，電極界面連接在電極基底上，電極界面包括探針層、固定層及電子轉移層；固定層用于將探針層和電子轉移層連接在電極基底上；探針層用于特異性識別和捕獲待測樣本中的待測核酸分子，電子轉移層用于傳遞生化反應中產生的的電流信號；核酸分子信號放大體系用于放大探針層捕獲的待測核酸分子并經過核酸雜交形成充足的核酸雙鏈區段，以及用于采集嵌入核酸雙鏈區段中的電活性物質在氧化還原反應過程中的電子轉移信號。本發明電化學核酸傳感器能實現任意長度核酸分子簡便、快速、靈敏、特異的直接檢測。

技術領域

本申請涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種電化學核酸傳感器。

背景技術

核酸作為攜帶生物遺傳信息的物質，常被視為對應生物身份的代表，用于輔助辨別、區分生物的種類和特征。核酸檢測是一種直接對生物遺傳物質進行檢測的分子診斷技術，目前核酸檢測已被廣泛應用于乙肝、艾滋病、呼吸道疾病等多種疾病的早期診斷。

傳統的核酸檢測技術主要包括逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)、逆轉錄環介導等溫擴增(RT-LAMP)、逆轉錄重組酶聚合酶擴增(RT-RPA)等。傳統技術中的核酸檢測技術靈敏度和準確性高，但是檢測時間通常在3小時左右，大大限制了病毒核酸篩查的效率。此外，由于傳統核酸檢測技術依賴于核酸分子的擴增，需要特殊的儀器和熟練的技術人員進行操作，因此僅能在醫院、實驗室等設置有相應儀器的固定場所進行集中檢測，難以普適于資源短缺地區或大規模快速檢測等應用場景，且存在著不可避免的病毒泄漏風險。

發明內容

基于此，針對傳統技術中電化學檢測方法中檢測時間長、背景信號強、檢測靈敏度低的問題，有必要提供一種電化學核酸傳感器。本發明的電化學核酸傳感器具有檢測靈敏度高、檢測限低、響應時間短、普適性高以及成本低等優點。

本申請一實施例提供了一種電化學核酸傳感器。

一種電化學核酸傳感器，包括：

傳感電極，所述傳感電極包括電極基底以及電極界面，所述電極基底用于電性連接數據采集器，所述電極界面連接在所述電極基底上，所述電極界面包括探針層、固定層以及電子轉移層；所述固定層用于將所述探針層和電子轉移層連接在所述電極基底上；所述探針層用于特異性識別和捕獲待測樣本中的待測核酸分子，所述電子轉移層用于傳遞生化反應中產生的的電流信號；以及

核酸分子信號放大體系，所述核酸分子信號放大體系用于放大所述探針層捕獲的待測核酸分子并經過核酸雜交形成充足的核酸雙鏈區段，以及用于采集嵌入核酸雙鏈區段中的電活性物質在氧化還原反應過程中的電子轉移信號。

在其中一些實施例中，所述電極基底選自硬質傳感器基底或者柔性傳感器基底，其中，所述硬質傳感器基底的制備材料包括硅片、玻璃、環烯烴聚合物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或幾種，所述柔性傳感器基底的制備材料包括聚二甲基硅氧烷、聚酰胺、聚氨酯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。

在其中一些實施例中，所述探針層含有5’端和/或3’端進行基團修飾的單鏈核酸探針，所述探針層通過所述單鏈核酸探針與待測樣本中的待測核酸分子間的堿基互補配對作用實現識別和捕獲待測核酸分子，所述基團修飾中的基團包括巰基、氨基以及羧基中的一種或幾種。

在其中一些實施例中，所述固定層含有納米粒子和/或化學分子，所述固定層通過共價連接作用將所述探針層和電子轉移層連接在所述電極基底上。

在其中一些實施例中，所述納米粒子選自氨基、羧基或者巰基化學基團修飾的金屬納米顆粒、碳納米管和導電聚合物中的一種或幾種，所述化學分子選自1-芘丁酸N-羥基琥珀酰亞胺酯、1-芘丁酸中、(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺、N-羥基琥珀酰亞胺的一種或幾種。