一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法技术

本发明专利技术公开了一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法。将样品溶液与物理包埋释放剂和信号探针的一号复合功能材料溶液、物理包埋分析物和信号探针的二号复合功能材料溶液混合；样品中的分析物通过依次原位激发分析物‑一号复合功能材料反应与释放剂‑二号复合功能材料反应的双重反应，使反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大。该信号探针浓度与样品中分析物浓度成正比。针对不同类型的信号探针选择合适的信号量测方法，即能高灵敏测定样品中分析物浓度。本发明专利技术具有反应快速、能获得指数级信号放大等突出优点；能直接推广应用于医学诊断、环境监测、食品安全等诸多领域。

A general exponential amplification method for chemical and biological sensing signals

The invention discloses a general exponential amplification method for chemical and biological sensing signals. The sample solution is mixed with a composite functional material solution of a physical entrapment release agent and a signal probe, a composite functional material solution, a physical embedded analyte and a signal probe. The analyte in the sample is reversed by a compound functional material reaction and releasing agent No. two composite functional material through the sequence of in situ excitation analysis. The double reaction results in a rapid exponential increase in the concentration of the probe in the reaction solution. The probe concentration is directly proportional to the concentration of the analyte in the sample. A suitable signal measurement method for different types of signal probes can be used to measure the concentration of analytes in samples. The invention has the advantages of rapid reaction and can obtain exponential signal amplification, and can be directly applied to many fields, such as medical diagnosis, environmental monitoring, food safety and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法
本专利技术属于化学生物传感
，具体涉及一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法。
技术介绍
化学生物传感技术是化学、生物学、物理学等多学科交叉融合而发展起来的一个新兴而活跃的研究领域。一般而言，化学生物传感技术是以生物活性单元（如蛋白质、核酸、酶、微生物、细胞、组织等）作为特异性生物识别元件，结合物理或化学转换元件（如电化学电极、光学检测元件、微/纳米检测探针、压电石英晶体、纸微流控分析装置等），对目标物进行选择性检测。化学生物传感技术已在医学诊断、食品分析和环境监测等领域获得广泛的应用。目前的化学生物传感技术主要包括电化学传感技术、荧光传感技术、化学发光传感技术、质量传感技术、比色传感技术等。然而，绝大多数现有技术的美中不足之处在于它们仅能获得μmol/L至nmol/L范围的检测灵敏度、且往往只适用于某一特定的信号量测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对大多数现有技术的不足，提供一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法。本专利技术的思路：首先分别制备同时物理包埋释放剂与信号探针的一号复合功能材料、同时物理包埋分析物与信号探针的二号复合功能材料；分析时，将含有分析物的样品溶液与一号复合功能材料溶液、二号复合功能材料溶液混合；样品中的分析物与一号复合功能材料先发生特异性识别反应以使后者包埋的释放剂与信号探针大量游离到溶液中；每一个释放剂随后原位与二号复合功能材料发生特异性识别反应以使后者包埋的分析物和信号探针大量游离到溶液中；而所释放的每一个分析物进一步激发分析物-一号复合功能材料反应与释放剂-二号复合功能材料反应的双重反应，使得最终反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大。该信号探针浓度与样品中分析物浓度成正比。针对不同类型的信号探针选择合适的信号量测方法，即可高灵敏测定样品中分析物浓度。具体步骤为：（1）将含有分析物的样品溶液与同时物理包埋释放剂与信号探针的一号复合功能材料溶液、同时物理包埋分析物与信号探针的二号复合功能材料溶液混合，样品中的分析物与一号复合功能材料先发生特异性识别反应以使后者包埋的释放剂与信号探针大量游离到溶液中，每一个释放剂随后原位与二号复合功能材料发生特异性识别反应以使后者包埋的分析物和信号探针大量游离到溶液中，而所释放的每一个分析物进一步激发分析物-一号复合功能材料反应与释放剂-二号复合功能材料反应的双重反应，使得最终反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大。（2）结合现有信号量测方法对步骤（1）所得信号探针进行量测，以测定样品中分析物浓度。所述分析物是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种。所述释放剂是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种。所述信号探针是指尺寸在1nm—10μm范围的微米和纳米级光学材料、荧光染料、能吸收可见光的显色分子、电活性分子、磁性分子、小分子、无机离子和有机离子中的一种。所述特异性分子识别反应是指抗原-抗体之间的免疫反应、核酸之间的杂交反应、分析物与其核酸适配体之间的结合反应、酶与底物之间的催化反应、以及分析物与其分子印迹材料之间的结合反应中的一种。所述一号功能复合材料是指修饰了能被目标分析物特异性结合后诱导结构转换以释放内部包埋物的捕获分子（DNA链、RNA链、PNA链、肽链中的一种）的多孔有机物凝胶、多孔有机物薄膜、以及尺寸在20nm—10μm范围的微米和纳米多孔有机物颗粒、多孔无机物颗粒中的一种。所述二号功能复合材料是指修饰了能被释放剂特异性结合后诱导结构转换以释放内部包埋物的捕获分子（DNA链、RNA链、PNA链、肽链中的一种）的多孔有机物凝胶、多孔有机物薄膜、以及尺寸在20nm—10μm范围的微米和纳米多孔有机物颗粒、多孔无机物颗粒中的一种。所述现有信号量测方法是指荧光分析、电化学分析、紫外-可见光光谱分析、目视分析、质谱分析、色谱分析和磁共振分析中的一种。与现有的化学生物传感技术相比，本专利技术的突出优点在于：1）由于样品中的分析物可通过依次原位激发分析物-一号复合功能材料反应与释放剂-二号复合功能材料反应的双重反应，使反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大，获得极高的分析灵敏度。2）针对不同类型的信号探针选择相应的信号量测方法，本专利技术即可推广至目前几乎所有的化学生物传感技术与平台。3）将本专利技术中的策略与抗原-抗体之间的免疫反应、核酸之间的杂交反应、分析物与其核酸适配体之间的结合反应、酶与底物之间的反应、或分析物与其分子印迹材料之间的反应相结合，可直接推广应用于医学诊断、环境监测、食品安全等诸多领域里各类型样本中无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒，或细菌分析物的快速、特异、超灵敏的分析检测。具体实施方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1:基于物理包埋可卡因和罗丹明B的腺苷响应核酸适配体智能凝胶与物理包埋腺苷和罗丹明B的可卡因响应核酸适配体智能凝胶用于超高灵敏检测腺苷。具体实施过程如下：（1）物理包埋可卡因和罗丹明B的腺苷响应核酸适配体智能凝胶的制备：将10μL浓度为1mmol/L的可卡因溶液（由浓度为10mmol/LTris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为1mmol/L的罗丹明B溶液（由浓度为10mmol/LTris-HCl的缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为50μmol/L的DNA1修饰聚丙烯酰胺溶液（浓度为由10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为50μmol/L的DNA2修饰聚丙烯酰胺溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为50μmol/L的腺苷响应核酸适配体溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）混合；由于DNA1和DNA2中的部分碱基与腺苷响应核酸适配体的碱基可以杂交，这五种试剂室温下反应20分钟即制得具有网络结构、同时物理包埋可卡因和罗丹明B的腺苷响应核酸适配体智能凝胶。（2）物理包埋腺苷和罗丹明B的可卡因响应核酸适配体智能凝胶的制备：将10μL浓度为1mmol/L的腺苷溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为1mmol/L的罗丹明B溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为50μmol/L的DNA3修饰聚丙烯酰胺溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μL浓度为50μmol/L的DNA4修饰聚丙烯酰胺溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）、10μ浓度为L50μmol/L的可卡因响应核酸适配体溶液（由浓度为10mmol/L的Tris-HCl缓冲溶液配制，pH8）混合；由于DNA3和DNA4中的部分碱基与可卡因响应核酸适配体的碱基可以杂交，这五种试剂室温下反应20分钟即制得具有网络结构、同时物理包埋可卡因和罗丹明B的可卡因响应核酸适配体智能凝胶。（3）腺苷的检测：往步骤（1）和（2）制得的两种智能凝胶表面滴加100μL待测腺苷样品溶液，室温下反应10分钟；腺苷与步骤（1）制备的凝胶中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法，其特征在于具体步骤为：（1）将含有分析物的样品溶液与同时物理包埋释放剂与信号探针的一号复合功能材料溶液、同时物理包埋分析物与信号探针的二号复合功能材料溶液混合，样品中的分析物与一号复合功能材料先发生特异性识别反应以使后者包埋的释放剂与信号探针大量游离到溶液中，每一个释放剂随后原位与二号复合功能材料发生特异性识别反应以使后者包埋的分析物和信号探针大量游离到溶液中，而所释放的每一个分析物进一步激发分析物‑一号复合功能材料反应与释放剂‑二号复合功能材料反应的双重反应，使得最终反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大；（2）结合现有信号量测方法对步骤（1）所得信号探针进行量测，以测定样品中分析物浓度。

【技术特征摘要】
1.一种通用型化学生物传感信号指数级放大方法，其特征在于具体步骤为：（1）将含有分析物的样品溶液与同时物理包埋释放剂与信号探针的一号复合功能材料溶液、同时物理包埋分析物与信号探针的二号复合功能材料溶液混合，样品中的分析物与一号复合功能材料先发生特异性识别反应以使后者包埋的释放剂与信号探针大量游离到溶液中，每一个释放剂随后原位与二号复合功能材料发生特异性识别反应以使后者包埋的分析物和信号探针大量游离到溶液中，而所释放的每一个分析物进一步激发分析物-一号复合功能材料反应与释放剂-二号复合功能材料反应的双重反应，使得最终反应溶液中信号探针浓度实现快速指数级增大；（2）结合现有信号量测方法对步骤（1）所得信号探针进行量测，以测定样品中分析物浓度。2.所述分析物是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种；所述释放剂是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种；所述信号探针是指尺寸在1nm—10μm范围的微米和纳米级光学材料、荧光染料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂瑾芳，王兵月，张云，陈意静，黄锦坤，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45