本发明专利技术涉及一种检测DNA的ZnO基光电化学生物传感器的制备，属于材料物理化学、光电化学、生化工程和传感器领域。首先采用热分解乙酸锌，在导电玻璃（ITO）表面覆盖一层ZnO种子，再利用水相法制备ZnO纳米花-棒立体结构。首先将探针基因固定在ZnO电极上，加入目标基因孵化一段时间，得到杂交基因的ZnO花-棒纳米工作电极，由此制得ZnO纳米花-棒立体结构基光电化学生物传感器，并应用于检测无标记DNA（见附图）。在氙灯照射下，通过杂交前后光电流的变化定量检测无标记DNA。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ZnO花-棒立体结构的制备方法，属于材料物理化学领域。 本专利技术涉及光电化学、生化工程和传感器，特别涉及一种检测DNA的ZnO基光电化 学生物传感器的制备和应用，属于分析化学领域。
技术介绍
近年来，随着新型光电化学活性物质和新的检测方案的出现，光电化学分析已受 到越来越多的关注。光电化学分析这个化学基础上发展起来的新学科，利用光直接对电极 或者界面材料的影响，伴随着光能和化学能的转化，实现响应过程电化学信号的变化。 光电化学分析实现过程主要包括光电转化和电化学两个过程，在整个过程中不仅 伴随着能量的转换，同时还伴随着电荷分离、电子传递、能量转移、界面反应等。在光电转换 过程中，具有光电化学活性的物质吸收光子而处于激发态，并发生电荷分离和电荷传递，形 成光电压或光电流，实现光能向电能的转化，这是光电化学的核心过程。电化学过程包括电 子传递和界面反应两个过程。实现分离的电子和空穴可分别向基底电极表面和电极材料与 电解质溶液界面转移，并在溶液界面处发生氧化还原反应，实现能量转换，产生电信号。 光电化学分析具有许多固有优点。首先，该方法使用光源能量低，电路简单，设备 消耗较低。其次，由于激发光源和检测信号分开的，可以除去一些不理想的背景信号，检测 背景小且灵敏度极高。近年来，光电化学生物传感器在DNA损伤、DNA杂交和免疫检测上应 用迅速增强。目前，相关研究主要集中于通过结合大量的功能纳米材料(如：Zn0、Ti02、Cu20等)， 量子点（如CdS、CdSe等)、石墨烯等，增强光电化学生物传感器的能力。其中，ZnO是一种重 要的多功能半导体材料，具有良好的光、电性能，在光电催化、太阳能电池、传感器、纳米发 电机等方面具有广阔的应用前景。与Ti02光腐蚀相比，ZnO具有相当丰富的形态学特性和 稳定性。尽管Ti02有与ZnO相似的带隙和带边界位置，但ZnO中典型的电子传输比TiO2高 10-100倍。目前，纳米ZnO的光电性能最引人关注，可应用于压电纳米发电机、气体传感 器、光电探测器、光电二级管、压敏电阻、太阳能电池、光电催化降解，但对利用纳米ZnO纳 米材料检测DNA方面的研究至今还很少。 特定DNA和RNA序列的检测对于染色体组相关性和基因表达非常重要。在未来的 疾病诊断、病理预测和疾病治疗中核酸序列的敏感性分析起着至关重要的角色。已报道的 DNA传感器是在DNA杂交反应的基础上检测DNA。这些基于探针DNA和转换器的DNA生物传 感器将检测过程转换成可测信号。对于核酸序列的检测，目前，主要采用复杂的荧光检测技 术。然而，荧光方法中DNA上需要标记的有机分子如蒽醌或荧光染料来传递光电化学信号， 有机标记过程复杂耗时，可能会导致很高的背景信号，抑制DNA杂交特异识别能力，消耗较 高且检测设备昂贵。电化学系统减少了对于杂交误差和非杂交探针信号排斥的需要。DNA 生物传感器还具有其他优势如电子读出、容易搭建、结合微阵列芯片中的应用等。 通过无标记的DNA光电化学检测技术，结合较好光学活性的ZnO花-棒纳米材料， 可实现特定基因检测的高灵敏度和快捷方便，并有望推广应用于肿瘤的早期诊断及筛选抗 肿瘤新药工作中，因而本专利技术具有巨大的潜在应用价值和深远的意义。 本专利技术目的是提供，用于相关 基因片段超尚灵敏、尚特异性检测。
技术实现思路
本专利技术提出的，如下： (1) 将ΙΤ0导电玻璃，依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗，在ΙΤ0电极表面，形成ZnO 花-棒立体结构； (2) 将探针基因固定在ZnO电极上，加入目标基因孵化一段时间，得到杂交基因的ZnO 花-棒纳米工作电极； (3) 采用步骤（2)制备的ZnO花-棒纳米工作电极，并使用铂丝电极作为对电极，氯化 银电极作为参比电极，电解液为PBS磷酸盐缓冲溶液进行光电化学检测。 所述ZnO花-棒立体结构的制备如下：依次采用清洁剂、去离子水、丙酮、乙醇等对 ΙΤ0玻璃进行超声清洗，然后采用旋涂法，将3~8nM乙酸锌乙醇溶液平铺在干燥的ΙΤ0上， 300~400°C煅烧20~40min，自然冷却至室温，ΙΤ0表面形成种子层。再配制含有20~30mM硝 酸锌，10~15mM六亚甲基四胺，5~10mM聚乙烯亚胺以及0. 2~0. 5M氨水的ZnO生长溶液。将 上述负载有ZnO种子层的ΙΤ0浸入到生长溶液中，在80~90°C下反应3~5h，并在400~500°C 下煅烧20~40min，最终制备得到ZnO花-棒结构。 所述用于检测DNA的ZnO基光电化学生物传感器的制备：1~4μΜ基因F-A与3~8 mM的基因Q-A溶液按照1:1的比例混合，用ρΗ6. 0 ~8. 0PBS缓冲液稀释至一定体积，混匀， 水浴加热5~10min，室温下反应15~25min，得到探针基因Α。将一定量的探针基因Α滴入到 1*1 的ZnO花-棒立体结构纳米材料上，室温反应30~50min，得到固定有探针DNA的 ZnO花-棒纳米材料，记作Α-Ζη0/ΙΤ0。继续在固定有探针DNA的ZnO电极上滴加一定浓度 的目标基因T，室温反应40~60min，PBS缓冲溶液漂洗，得到杂交的DNA-ZnO/ITO。光电化学 检测是采用CHI660D型电化学工作站以及三电极系统。所制备的ZnO/ITO电极作为工作电 极，铂丝电极作为对电极，氯化银电极作为参比电极。电解液为ΡΗ7.0PBS缓冲溶液。在氙 灯照射下，检测其光电流变化。参数如下：光源波长范围200-770nm，输出电压0V。ZnO花-棒立体结构具有更高的电流密度，较小的电荷传输电阻以及较高的光催 化活性。利用ZnO花-棒立体结构在特定DNA探针和目标序列存在下有明显的光电流变 化，可以实现DNA的灵敏特异性检测。在最佳条件下，该光电化学生物传感器的检测限达到 〇. 5pM，且具有良好的选择性。 下面结合实施例对本专利技术进一步描述。 附图1是ZnO花-棒立体结构SEM检测图。 附图2是ZnO花-棒立体结构的XRD检测图。 附图3是ZnO花-棒立体结构纳米材料的傅里叶变换红外光谱（FTIR)表征图。 附图4是本专利技术的UV-DRS检测图。 附图5是本专利技术的电化学生物传感器的原理示意图。 附图6是不同比例探针/目标DNA杂交后ZnO花-棒立体结构光电流信号的变化。 本专利技术的光电化学生物传感器包括ZnO花-棒阵列，探针基因F-A，Q-A，目标基因 T。首先将互补基因F-A，Q-A杂交合成双链探针基因A。在ZnO花-棒纳米材料上中滴加 一定量的探针A，花-棒结构的ZnO中存在羟基，与探针基因A碱基中的磷酸基团共价结合 固定在ZnO表面。继续向固定有探针的ZnO上加入互补单链DNA，探针与目标基因T杂交。 ZnO是性能优良的光敏材料，具有花-棒结构的ZnO具有较高了电子的传输速率。当光照 时，ZnO将光能转化成为可量的电信号并捕获其电信号。当探针基因存在时，探针DNA化 学键合固定在ZnO表面，阻碍光电子的传递，导致光电流连续减小。当目标DNA与探针DNA 杂交后，杂交形成双链DNA的当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种检测DNA的ZnO基光电化学生物传感器的制备，其特征在于：（1）将ITO导电玻璃，依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗，在ITO电极表面，形成ZnO花‑棒立体结构；（2）将探针基因固定在ZnO电极上，加入目标基因孵化一段时间，得到固化杂交基因的ZnO花‑棒纳米工作电极；（3）采用步骤（2）制备的ZnO花‑棒纳米工作电极，并使用铂丝电极作为对电极，氯化银电极作为参比电极，电解液为PBS磷酸盐缓冲溶液进行光电化学检测。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩志钟，罗敏，陈敬华，李春艳，
申请(专利权)人：福建医科大学，韩志钟，
类型：发明
国别省市：福建;35
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