一种DNA芯片及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种DNA芯片及其检测方法与制作方法。该DNA芯片的衬底为以贵金属纳米阵列为衬底的SERS衬底；在贵金属纳米阵列上划分有若干区域，在每个区域的表面上修饰连接有不同的若干DNA探针使DNA芯片成为含有不同探针DNA的芯片，利用这些探针DNA对目标DNA进行检测产生SERS信号，根据SERS信号的频率变化、幅值差异来实现对目标DNA的识别以及定量检测。该DNA芯片为利用贵金属纳米阵列和表面增强拉曼光谱(SERS)技术而设计一种DNA芯片，实现目标DNA和基因的检测和分析。本发明专利技术还公开该DNA芯片的检测方法与制作方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物检测、生物技术和纳米
，尤其涉及一种DNA芯片、该DNA 芯片的检测方法、该DNA芯片的制作方法。
技术介绍
DNA芯片又称基因芯片（genechip)是生物芯片的一种，是指将大量探针分子固定 于支持物上，根据碱基互补配对原理，与标记的样品分子进行杂交，通过检测杂交信号的强 度及分布进而得到靶分子的序列和数量的信息。DNA芯片的支持物包括玻片、硅片、NC膜、 Nylon膜等。DNA芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、农作物的优育优选、司法鉴定、食 品卫生监督、环境检测等许多领域。目前DNA芯片的检测技术包括荧光、质谱以及同位素标 记，其中荧光是最主要的检测方法。但这些方法存在一些局限性，例如：荧光的光谱谱带较 宽，从而限制了对体系的多重检测；不同荧光染料需要不同波段的激发光激发，增加了检测 成本；荧光染料在激发光的激发下容易出现光漂白的现象等。 表面增强拉曼光谱（SERS)技术是一种先进的无损检测技术，它是当分子吸附在 一些特殊金属（主要为贵金属）或半导体纳米结构表面时，其拉曼散射信号被增强多个数 量级的现象。SERS为Surface-enhanced Raman scattering的英文缩写，中文意义为表面 增强拉曼散射。它具有快速、简单、灵敏度高、指纹识别以及可重复性好的优势。SERS技术 已经得到广泛，在化学、生物和医学以及环境等领域都发挥着越来越重要的作用。相比于荧 光，SERS的具有丰富的特征拉曼光谱线，且拉曼光谱谱带窄，能够为分析物提供更加丰富的 结构信息。现在利用SERS在一些体系中甚至能达到单分子水平的检测灵敏度。但是，目 前还没有出现利用SERS技术而设计的基因芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用贵金属纳米阵列和表面增强拉曼光谱（SERS)技术而设计 一种DNA芯片，实现目标DNA和基因的检测和分析。 本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种DNA芯片，该DNA芯片的衬底为以贵金属 纳米阵列为衬底的SERS衬底，SERS为Surface-enhanced Raman scattering的英文缩写， 中文意义为表面增强拉曼散射；在贵金属纳米列阵上划分有若干区域，在每个区域的表面 上修饰连接有不同的若干DNA探针使DNA芯片成为含有不同探针DNA的芯片，利用这些探 针DNA对目标DNA进行检测产生SERS信号，根据SERS信号的频率变化、幅值差异来实现对 目标DNA的识别以及定量检测。 作为上述方案的进一步改进，DNA探针的一端修饰巯基，通过巯基使得探针DNA与 SERS衬底结合在一起。 作为上述方案的进一步改进，所述贵金属为金Au或银Ag。 作为上述方案的进一步改进，SERS衬底通过贵金属纳米阵列采用电镀或溅射的方 式设置在AAO模板上形成，AAO是Anodic Aluminum Oxide Template的英文缩写，中文意 义为阳极氧化铝模板。 本专利技术还提供上述任意DNA芯片的检测方法，其包括以下步骤：在DNA芯片上滴 加含有目标DNA的溶液，使不同的探针DNA与目标DNA进行互补配对产生SERS信号；分析 DNA芯片上的SERS信号：根据SERS信号的频率变化、幅值差异来实现对目标DNA的识别的 定量检测。 作为上述方案的进一步改进，其还包括以下步骤：在DNA芯片上进一步滴加或浸 泡与目标DNA的某一段互补配对的报告DNA，使报告DNA的一端带有SERS信号的分子基团， 然后通过检测报告DNA上的SERS信号，达到对微量目标DNA的检测和识别的目的。 本专利技术还提供一种DNA芯片的制作方法，该DNA芯片的衬底为以贵金属纳米阵列 为衬底的SERS衬底；在贵金属纳米列阵上划分有若干区域，在每个区域的表面上修饰连接 有不同的若干DNA探针，利用这些DNA探针对目标DNA进行检测产生SERS信号，根据SERS 信号的频率变化、幅值差异来实现对目标DNA的识别以及定量检测。DNA芯片的制作方法包 括以下步骤：1)制备以贵金属纳米阵列为衬底的SERS衬底；2)在贵金属纳米列阵上划分 有若干区域，在每个区域的表面上修饰连接有不同的若干DNA探针制成DNA芯片使DNA芯 片成为含有不同探针DNA的芯片。 作为上述方案的进一步改进，探针DNA的一端修饰巯基，通过巯基使得探针DNA与 SERS衬底结合在一起。 作为上述方案的进一步改进，SERS衬底的制作包括：1. 1)制备表面带有纳米尖端 结构锥形孔的AAO模板；1. 2)在AAO模板上划分不同区域的格子，实现Ag纳米柱阵列的制 备，形成SERS衬底。 进一步地，SERS衬底通过贵金属纳米阵列采用电镀或溅射的方式设置在AAO模板 上形成。 本专利技术利用SERS技术，设计以贵金属金（Au)或银（Ag)纳米阵列为衬底的DNA芯 片。选取或自行制备贵金属纳米阵列，然后在纳米阵列不同区域的表面修饰连接不同探针 DNA，然后根据DNA碱基互补配对的原理利用这些探针DNA对目标DNA进行检测，再根据实 际需要，进一步滴加具有特征拉曼信号的报告DNA，并根据DNA杂交前后芯片上的SERS信号 (包括频率、强度）变化、差异来实现对目标DNA的识别和定量检测。【附图说明】 图1为本专利技术较佳实施例提供的DNA芯片的DNA检测原理示意图。 图2为本专利技术较佳实施例提供的DNA芯片的制作及检测流程示意图。 图3为DNA芯片的锥形孔AAO模板制备流程图。 图4为DNA芯片的具有格子状Ag纳米柱阵列的SERS衬底的制备流程示意图。 图5为利用DNA芯片的探针DNA直接检测目标DNA时的光谱图，具体的光谱为：底 部为探针DNA的SERS光谱；顶部为探针DNA与不同浓度目标DNA杂交后的SERS光谱。 图6为在DNA芯片上连接探针DNA的SERS衬底上滴加待测的目标DNA，然后检测 与目标DNA部分片段互补配对报告DNA的SERS信号图，SERS信号为：底部光谱为报告DNA 未经任何处理直接测试得到的SERS信号；顶部光谱为检测不同浓度下目标DNA的SERS信 号。 图7为检测目标DNA与报告DNA混合后的SERS信号图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施实例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用 于限定本专利技术。 首先申明本专利技术中的DNA有三种：探针DNA、目标DNA、以及报告DNA。其中探针DNA 用来捕获目标DNA，报告DNA用来发出探测信号的。 本专利技术的DNA芯片，其衬底为以贵金属纳米阵列为衬底的SERS衬底；在贵金属纳 米列阵上划分有若干区域，在每个区域的表面上修饰连接有不同的若干DNA探针使DNA芯 片成为含有不同探针DNA的芯片，利用这些探针DNA对目标DNA进行检测产生SERS信号， 根据SERS信号的频率变化、幅值差异来实现对目标DNA的识别以及定量检测。 本专利技术的DNA芯片的基本原理如图1所示：选取或自行制备贵金属纳米阵列，然后 在纳米阵列不同区域的表面修饰连接不同DNA探针，然后根据DNA碱基互补配对的原理利 用这些探针DNA对目标DNA进行检测，再根据实际需要，进一步滴加具有特征拉曼信号的报 告DNA，并根据DN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DNA芯片，其特征在于：该DNA芯片的衬底为以贵金属纳米阵列为衬底的SERS衬底，SERS为Surface‑enhanced Raman scattering的英文缩写，中文意义为表面增强拉曼散射；在贵金属纳米列阵上划分有若干区域，在每个区域的表面上修饰连接有不同的若干DNA探针使DNA芯片成为含有不同探针DNA的芯片，利用这些探针DNA对目标DNA进行检测产生SERS信号，根据SERS信号的频率变化、幅值差异来实现对目标DNA的识别以及定量检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄青，孙克喜，孟国文，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34