一种温度型生物传感器及利用温度型生物传感器检测目标适体的方法技术

本发明专利技术公开了一种温度型生物传感器及利用温度型生物传感器检测目标物的方法。该温度型生物传感器包括通过导管连通的产氧瓶和产热瓶；产氧瓶的底部装有适体响应型DNA水凝胶，顶部设有液体加料器；产热瓶的底部装有氧化发热材料，顶部插入温度计；适体响应型DNA水凝胶由适配体交联型DNA水凝胶包裹过氧化氢酶构成。该温度型生物传感器利用适配体与目标适体之间的特异性识别，并采用DNA水凝胶放大机制，利用适体响应型DNA水凝胶在目标适体刺激下释放CAT来催化H

【技术实现步骤摘要】
一种温度型生物传感器及利用温度型生物传感器检测目标适体的方法
本专利技术涉及一种温度型生物传感器，具体涉及一种基于适体响应型DNA水凝胶和氧化发热材料构建的温度型生物传感器，还涉及利用温度型生物传感器检测目标适体的方法，属于传感分析

技术介绍
为了保护农作物免受害虫和昆虫的侵害，农药在现代农业和水产养殖中起着至关重要的作用。全球大多数农业生产都依赖于使用有机磷农药(OPs)来提高农作物的生产力。而马拉硫磷与其他农药相比，因其高效低毒的特点，被广泛应用于农业上，以减少农业生产损失。但是，如果过度使用马拉硫磷，可能会对食品安全、环境、人类健康造成严重问题。据报道，2013年，在日本一大型水产公司冷冻食品中检测出浓度高度超标的马拉硫磷，导致食用者中毒。此外，我国因为有机磷农药残余，而被退回的农产品每年达数十亿美元。根据世界卫生组织国际癌症研究机构公布的2017年致癌物清单，马拉硫磷属于2A类致癌物。随着人们生活水平的不断提高，以及环保意识的不断增强，开发一种具有高灵敏度、高选择性的可靠方法来测定马拉硫磷迫在眉睫。近年来，对于马拉硫磷检测的传统方法主要有电化学方法，荧光分析，光电化学分析，液相色谱法等([1]S.Uniyal,R.Sharma.Technologicaladvancementinelectrochemicalbiosensorbaseddetectionoforganophosphatepesticidechlorpyrifosintheenvironment:areviewofstatusandprospects[J].BiosensorsandBioelectronics,2018,116:37-50.[2]H.Li,X.Yan,G.Lu,etal.Carbondot-basedbioplatformfordualcolorimetricandfluorometricsensingoforganophosphatepesticides[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2018,260:563-570.[3]J.Tang,J.Li,P.Xiong,etal.Rollingcircleamplificationpromotedmagneto-controlledphotoelectrochemicalbiosensorfororganophosphoruspesticidesbasedondissolutionofcore-shellMnO2nanoflower@CdSmediatedbybutyrylcholinesterase[J].MicrochimicaActa,2020,187(8):450.[4]E.Cequier,A.Sakhi,L.Haug,etal.Developmentofanion-pairliquidchromatography-highresolutionmassspectrometrymethodfordeterminationoforganophosphatepesticidemetabolitesinlarge-scalebiomonitoringstudies[J].JournalofChromatographyA,2016,1454:32-41.)但是，由于复杂的仪器和专业人员的需求，大多数检测方法的实际应用仍然受到限制。探索一种简单，廉价和便携式信号读取设备的检测策略至关重要。
技术实现思路
针对现有技术对马拉硫磷等目标适体的检测方法存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种温度型生物传感器，该生物传感器的设计是基于适配体与目标适体之间的特异性识别，并采用DNA水凝胶放大机制，利用适体响应型DNA水凝胶在目标适体刺激下释放CAT来催化H2O2产生O2，而O2与氧化发热材料进行氧化还原反应释放出大量热量，从而导致温度变化，由此构建温度型生物传感器，以实现对目标适体的高灵敏、高选择性的温度检测。本专利技术的第二个目的是在于提供一种利用温度型生物传感器对目标适体的检测方法，该方法能够实现对目标适体的高灵敏、高选择性的温度检测，且温度变化与目标物浓度对数存在良好的线性关系，具有检测范围宽，检测下限低的优点。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种温度型生物传感器，其包括产氧瓶和产热瓶；所述产氧瓶的底部装有适体响应型DNA水凝胶，顶部设有液体加料器；所述产热瓶的底部装有氧化发热材料，顶部插入温度计；所述产氧瓶和所述产热瓶的中部通过导管连通；所述适体响应型DNA水凝胶由适配体交联型DNA水凝胶包裹过氧化氢酶构成。本专利技术提供的温度型生物传感器的设计原理：通过在亲水性高分子链中引入DNA序列，该DNA序列能与目标适体对应的适配体进行特异性结合，从而可以利用适配体与DNA序列之间的特异性结合将亲水性高分子链交联形成具有三维网络结构的DNA水凝胶，同时，在交联过程中引入CAT，可以实现CAT原位嵌入或包裹在DNA水凝胶内部，该DNA水凝胶具有适体响应，当DNA水凝胶所处环境中存在目标适体时，目标适体与DNA水凝胶中结合的适配体产生特异性反应，从而导致DNA水凝胶裂解，释放其内部的CAT，并且环境中的目标适体浓度越高，DNA水凝胶裂解程度越高，相应释放的CAT越多，两者呈现正比关系，再利用CAT的特异性催化作用实现H2O2的分解而产生O2，产生的O2与氧化发热材料发生放热反应，引起环境温度升高，而产生O2数量越高，放热反应越剧烈，环境温度越高，两者呈现正比关系，由此构建温度型生物传感器，利用环境温度值作为信号，可以实现环境中目标适体浓度的检测。作为一个优选的方案，所述适体响应型DNA水凝胶通过以下制备方法得到：将过氧化氢酶加入含接枝DNA链的聚丙烯酰胺的溶液中混合均匀，再加入适配体进行孵育，即得。接枝DNA链的聚丙烯酰胺包括接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺和接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺。DNA链-A与DNA链-B的选择与对应的适配体相关，可以根据选择的适配体设计合成，DNA链-A与DNA链-B均包含可以与相应的适配体特异性结合的DNA序列，而适配体是根据要测定的目标适体来确定(目标适体如马拉硫磷、蛋白等)。作为一个优选的方案，过氧化氢酶在溶液中的浓度为200～400U，接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺在溶液中的浓度为0.05～0.15mM，接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺在溶液中的浓度为0.05～0.15mM。适配体在溶液中的浓度为0.05～0.15mM。接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺、接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺以及适配体的浓度影响着DNA水凝胶的稳定性与对目标适体响应的灵敏度，如果浓度过低，则合成的DNA水凝胶对目标适体响应很灵敏，但是DNA水凝胶稳定性极低，如果浓度过高，则合成的DNA水凝胶稳定提高，但是对目标适体响应灵敏度降低，响应较慢，因此应当控制接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺、接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺以及适配体等浓度，以获得具有一定稳定性以及具有较高适体响应灵敏度的DNA水凝胶。作为一个优选的方案，所述接枝DNA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度型生物传感器，其特征在于：包括产氧瓶和产热瓶；所述产氧瓶的底部装有适体响应型DNA水凝胶，顶部设有液体加料器；所述产热瓶的底部装有氧化发热材料，顶部插入温度计；所述产氧瓶和所述产热瓶的中部通过导管连通；所述适体响应型DNA水凝胶由适配体交联型DNA水凝胶包裹过氧化氢酶构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种温度型生物传感器，其特征在于：包括产氧瓶和产热瓶；所述产氧瓶的底部装有适体响应型DNA水凝胶，顶部设有液体加料器；所述产热瓶的底部装有氧化发热材料，顶部插入温度计；所述产氧瓶和所述产热瓶的中部通过导管连通；所述适体响应型DNA水凝胶由适配体交联型DNA水凝胶包裹过氧化氢酶构成。


2.根据权利要求1所述的一种温度型生物传感器，其特征在于：所述适体响应型DNA水凝胶通过以下制备方法得到：将过氧化氢酶加入含接枝DNA链的聚丙烯酰胺的溶液中混合均匀，再加入适配体进行孵育，即得。


3.根据权利要求2所述的一种温度型生物传感器，其特征在于：所述接枝DNA链的聚丙烯酰胺包括接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺和接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺，其中，DNA链-A和DNA链-B为不同序列的DNA链，且DNA链-A和DNA链-B均能与适配体特异性结合。


4.根据权利要求2或3所述的一种温度型生物传感器，其特征在于：
过氧化氢酶在溶液中的浓度为200～400U，
接枝DNA链-A的聚丙烯酰胺在溶液中的浓度为0.05～0.15mM；
接枝DNA链-B的聚丙烯酰胺在溶液中的浓度为0.05～0.15mM；
适配体在溶液中的浓度为0.05～0.15mM。


5.根据权利要求2所述的一种温度型生物传感器，其特征在于：所述孵育的条件为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤娟，程宏丽，覃娇，刘丽萍，高珊，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36