基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DNA Walker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法。该方法受启发于植物光合作用“Z”电子转移，通过DNA Walker将CdS量子点连接到沉积在BiVO4的纳米金上，BiVO4 产生的光生电子从其导带通过纳米金的电子传递作用转移到CdS量子点的价带，从而抑制了电子和空穴的复合，提高光电流，实现了信号放大。本方法采用电化学工作站与氙灯联用，成本低、检测灵敏度高，将仿生应用于光电化学，为癌症标记物的检测提供了一种灵敏且性能稳定的光电化学检测方法。

Construction of \Z\ photoelectric aptamer analysis method based on DNAWalker signal amplification

The invention discloses a method for amplifying the \Z\ type photoelectric aptamer based on the amplification of DNA Walker signal. Inspired by the \Z\ electron transfer in plant photosynthesis, CdS quantum dots are connected to gold nanoparticles deposited on BiVO4 by DNA Walker. The photogenerated electrons produced by BiVO4 are transferred from their conduction bands to the valence bands of CdS quantum dots by electron transfer through gold nanoparticles, thus inhibiting the recombination of electrons and holes and improving photoelectricity. The signal is amplified by flow. This method uses electrochemical workstation combined with xenon lamp, which has low cost and high detection sensitivity. Bionics is applied to photoelectrochemistry, providing a sensitive and stable photoelectrochemical detection method for cancer markers.

【技术实现步骤摘要】
基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法
本专利技术涉及了一种基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法，属于纳米材料和生物分析

技术介绍
目前，我国癌症发病率呈现逐年上升趋势，死亡率居高不下，这与许多患者确诊时已经是中晚期密切相关，中晚期癌症的治疗效果相对早期会大大减弱，因此癌症的早期诊断对预防和治疗非常重要。光电化学生物传感器作为一种新型的电化学生物传感具有价格低廉、设备简单、反应迅速，检测灵敏的优点，相比于医院所使用的传统的ECL及试剂盒检测方法，其突出特点是具有更高的灵敏度，这对于癌症患者术后的标记物检测具有很大意义，因为术后癌症标记物的含量往往是传统方法检测不到的，因此光电化学生物传感应用于癌症的早期诊断，特别是术后癌症标记物的检测更具有优势。在光电化学检测中，光作为激发信号激发光敏材料，当光敏材料吸收光的能量高于其带隙宽度时，电子从价带跃迁至导带，产生空穴，但电子和空穴电对极易发生复合或者电荷转移，因此增大光电流提高灵敏度就要降低电子空穴的复合率。在植物的光合作用中，PSII光系统的P680光反应中心受到光照后，光生电子从P680的价带经过一系列的反应进入光反应系统PSI的P700反应中心的空穴，从而抑制了电子和空穴的复合，反应中电子转移方向呈“Z”型，因此称为“Z”型反应，该反应的量子效率接近100%，由此可以效仿植物“Z”型反应来构建人工“Z”型反应，降低电子空穴复合率，增强光电流，提高检测灵敏度。DNAWalker可以将化学能转化成对DNA分子在轨道移动的精确调控。DNA轨道是影响信号放大效果的重要因素，与一维和二维DNA分子轨道相比，三维轨道由于其强大的DNA富集作用具有更优异的信号放大优势。在三维轨道上DNAWalker运动主要是通过燃料协助下的碱基互补配对，DNA离解，具有一系列构象变化的DNA分支迁移，这些方法都可以实现卓越的信号放大效果。
技术实现思路
基于以上背景，本专利技术的目的在于提供一种高灵敏的癌症标记物检测方法，基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体传感器，实现对癌症的早期和术后检测。其技术原理是通过在BiVO4上光沉积纳米金，通过金-巯键连接发夹DNA1构建三维DNA分子轨道，通过目标物的引入，释放被固定在磁珠上的由目标物适配体捕获的DNA催化剂，加入标记CdS量子点的发夹DNA2触发DNAWalker移动，将CdS量子点固定在沉积在BiVO4的纳米金上，构建人工“Z”型光反应体系，降低电子空穴复合率，增强光电流，提高检测灵敏度，从而实现对癌症标记物的低成本、便携、高灵敏检测。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法包括如下步骤：（1）制备{010}晶面沉积纳米金颗粒的BiVO4；（2）将含有目标物适配体片段的DNA与磁珠相连，加入DNAWalker催化链与之反应，离心清洗，再通过加入目标物PSA释放DNAWalker催化链；（3）利用氨基羧基交联法制备CdS量子点修饰的发夹DNA，随后将沉积纳米金颗粒的BiVO4溶液滴到FTO电极上自然干燥制备光电极，再将此电极浸入含有浓度为50µM巯基化发夹DNA的溶液中，清洗后浸入含有10mgmL-1CdS量子点修饰的发夹DNA的步骤（2）释放的DNAWalker催化链的混合溶液中触发Walker过程，从而将CdS量子点连接到沉积在BiVO4的纳米金上，构成光照下“Z”型电子转移模式，降低电子空穴复合率，从而提高光电流；（4）通过电化学工作站及500W氙灯光进行定量检测。步骤（1）具体方法为：制备{010}晶面沉积纳米金颗粒的BiVO4：取250mgBiVO4加入50mL水超声1小时，加入质量分数为BiVO4的5%氯金酸前驱体，黑暗中搅拌半小时，再用500W氙灯光照3小时得到最终产物，离心清洗，50度烘干；得到沉积纳米金颗粒的BiVO4，BiVO4粒径1.5-2µm。步骤（2）具体方法为：取羧基化的磁珠溶于pH=6MES缓冲溶液得到最终浓度为25mg/mL磁珠溶液，加入EDC和NHS反应60min，EDC和NHS质量比例为1：1~1:2，13000g离心10分钟，将1mL含有5μM目标物适配体片段的DNA加入，反应6小时离心除去多余DNA；加入的DNAWalker催化链，DNAWalker催化链浓度是：50µM，体积15µL,反应2小时；再通过加入目标物PSA反应80min释放DNAWalker催化链。含有目标物适配体片段的DNA序列为：5’-NH2-(T)10-ATTAAAGCTCGCCATCAAATAGCTGC-3’；DNAWalker催化链序列为：5’-CGACATCTAACCTAGCTCACTGACGCAGCTATTT-3’。步骤（3）中CdS量子点的制备方法：0.175mmolCdCl2和0.289mmol硫脲混合加入15mL水中，再加入0.395mmol巯基丙酸至体积35mL，用1.0MNaOH溶液调pH至10，加入50mL反应釜100度水加热120min，得到羧基化CdS量子点。步骤（3）中CdS量子点修饰的发夹DNA连接制备方法是：取1mL5mg/mL的CdS量子点加入1mL包含2mgEDC和3mgNHS的MES缓冲溶液中，反应60min,离心清洗，分散到1mL5µM氨基化发夹DNA溶液中，4度反应6小时，离心清洗分散到TNaKT缓冲溶液中后得到10mgmL-1CdS量子点修饰的发夹DNA溶液；所述的发夹DNA序列为：5'-AGATGTCGTCTACACATGGCGACATCTAACCTAGCCCATGTGTAGA-NH2-3'。TNaKT缓冲溶液含20mMTris，300mMNaCl，5mMKCl，pH7.5。电极浸入制备的CdS量子点修饰的发夹DNA以及释放的DNAWalker催化链溶液中反应时间为150分钟。步骤（3）中巯基化发夹DNA的序列为：5’-SH-GTCAGTGAGCTAGGTTAGATGTCGCCATGTGTAGACGACATCTAACCTAGC-3’。步骤（4）中测量过程中所用的电解质为0.1M硫酸钠。本专利技术的优点如下：1本专利技术所提供的分析方法，设备简单易得，成本低廉。2本专利技术所提供的方法受启发于植物光合作用，可以极大抑制电子空穴复合，增强光电流，表现出高灵敏，响应快，稳定性高，选择性好的特点。3本专利技术借助DNAWalker进行信号放大，具有良好的普适性和应用前景。4本专利技术为光电化学生物传感的开发提供了一种新思路。附图说明图1基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法的示意图。图2CdS量子点的透镜图（A),BiVO4（B）和BiVO4光沉积金（C）的扫描图。图3DNAWalker凝胶电泳图。其中各泳道a为DNAWalker催化链，b为链接BiVO4上纳米金的发夹DNA,c为链接CdS量子点的发夹DNA,d为DNAWalker催化链与链接BiVO4上纳米金的发夹DNA的反应结合产物，e为d中产物与链接CdS量子点的发夹DNA的进一步反应产物，f为链接BiVO4上纳米金的发夹DNA与链接CdS量子点的发夹DNA的混合物。图4光电响应图（A）标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于DNA Walker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）制备{010}晶面沉积纳米金颗粒的BiVO4；（2）将含有目标物适配体片段的DNA与磁珠相连，加入DNA Walker催化链与之反应，离心清洗，再通过加入目标物PSA释放DNA Walker催化链；（3）利用氨基羧基交联法制备CdS量子点修饰的发夹DNA，随后将沉积纳米金颗粒的BiVO4溶液滴到FTO电极上自然干燥制备光电极，再将此电极浸入含有浓度为50µM巯基化发夹DNA的溶液中，清洗后浸入含有10 mg mL‑1CdS量子点修饰的发夹DNA的步骤（2）释放的DNA Walker催化链混合溶液中触发Walker过程，从而将CdS量子点连接到沉积在BiVO4的纳米金上，构成光照下“Z”型电子转移模式，降低电子空穴复合率，从而提高光电流；（4）通过电化学工作站及500W氙灯光进行定量检测。

【技术特征摘要】
1.基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）制备{010}晶面沉积纳米金颗粒的BiVO4；（2）将含有目标物适配体片段的DNA与磁珠相连，加入DNAWalker催化链与之反应，离心清洗，再通过加入目标物PSA释放DNAWalker催化链；（3）利用氨基羧基交联法制备CdS量子点修饰的发夹DNA，随后将沉积纳米金颗粒的BiVO4溶液滴到FTO电极上自然干燥制备光电极，再将此电极浸入含有浓度为50µM巯基化发夹DNA的溶液中，清洗后浸入含有10mgmL-1CdS量子点修饰的发夹DNA的步骤（2）释放的DNAWalker催化链混合溶液中触发Walker过程，从而将CdS量子点连接到沉积在BiVO4的纳米金上，构成光照下“Z”型电子转移模式，降低电子空穴复合率，从而提高光电流；（4）通过电化学工作站及500W氙灯光进行定量检测。2.根据权利要求1所述的基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法，其特征在于，步骤（1）具体方法为：制备{010}晶面沉积纳米金颗粒的BiVO4：取250mgBiVO4加入50mL水超声1小时，加入质量分数为BiVO4的5%氯金酸前驱体，黑暗中搅拌半小时，再用500W氙灯光照3小时得到最终产物，离心清洗，50度烘干；得到沉积纳米金颗粒的BiVO4，BiVO4粒径1.5-2µm。3.根据权利要求1所述的基于DNAWalker信号放大构建“Z”型光电适配体分析方法，其特征是，步骤（2）具体方法为：取羧基化的磁珠溶于pH=6MES缓冲溶液得到最终浓度为25mg/mL磁珠溶液，加入EDC和NHS反应60min，EDC和NHS质量比例为1：1~1:2，13000g离心10分钟，将1mL含有5μM目标物适配体片段的DNA加入，反应6小时离心除去多余DNA；加入的DNAWalker催化链，DNAWalker催化链浓度是：50µM，体积15µL,反应2小时；再通过加入目标物PSA反应80min释放DNAWalker催化链；含有目标物适配体片段的DNA序列为：5’-NH2-(T)10-A...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐点平，吕姝臻，张康耀，邱桢丽，舒键，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35