本发明专利技术公开了自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片及其应用，生物芯片包括试剂供给单元、微流控装置和废液收集装置，试剂供给单元与微流控装置的入口连接，废液收集装置与微流控装置的出口连接；通过在传感电极表面修饰核酸探针，待测核酸样品与核酸探针杂交，然后再链酶亲和素化的核酸捕获探针2与待测核酸样品杂交结合于电极表面，最后通过生物素和链酶亲和素之间的生物亲和作用，或者标记待测样品将生物素化标记的电化学活性酶结合到电极表面，催化底物变为电化学活性产物，从而放大信号，在电极上检测；该芯片极大提高检测灵敏度，降低样品用量，降低了检测成本，拓展了使用人群和地域；能够制成智能设备，具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片及其应用
[0001]本专利技术涉及电化学检测领域，具体涉及自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片，还涉及利用生物芯片检测核酸的方法及其应用。
技术介绍
[0002]构建电化学免疫传感器的关键步骤之一是选择合适的探针固定方法。最广泛使用的方法是基于微球的固定化技术当探针被物理吸附或共价结合到带磁性铁芯的聚苯乙烯微球表面。虽然这种方法灵敏度高，但这种方法不能提供具有可控空间分辨率的相关免疫试剂，从而限制了其在生物芯片中的应用。另一种替代方法是使用电聚合导体聚合物作为固定化免疫试剂的基质。在福洛斯的开创性工作之后，生物分子如酶、DNA、抗体甚至整个细胞在导电聚合物中的固定化已被广泛应用于制造生物传感器，包括免疫传感器。为提高检测灵敏度，在酶联免疫法中的抗体可以用DNA功能化的纳米结构标记，该DNA标记的功能化材料可以通过聚合酶链式反应、杂交链式反应或者滚环扩增技术实现信号放大，通过该项技术，免疫反应的灵敏度与传统的酶联免疫法相比，可以提高多个数量级。在基于DNA信号放大的酶联免疫法中，催化发夹DNA探针自组装反应和杂交链式反应的放大程度有限；聚合酶链式反应虽信号放大程度高，但是其反应过程需要严格的升温和降温过程，限制了其扩大应用。比较而言，滚环扩增放大技术具有独特的优势，它采用等温扩增，可以实现信号分子105到109甚至是指数数量级的放大。但是同样需要温度控制设备，因此限制了使用给地域和环境。
[0003]因此，亟需一种灵敏度高、不需要附加设备，储存条件要求低，可在多种环境中使用的产品。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片；本专利技术的目的之二在于提供所述微流控生物芯片在制成自动化检测装置中的应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片，所述电化学微流控生物芯片包括试剂供给单元、微流控装置和废液收集装置，试剂供给单元与微流控装置的入口连接，废液收集装置与微流控装置的出口连接；
[0007]所述微流控装置主体为微流控通道，所述微流控通道设置有至少一个检测电化学信号的传感电极，所述传感电极上修饰有特异识别待测核酸的核酸探针；
[0008]所述试剂供给单元包括清洗溶液储存器、待测核酸储存器、底物储存器、链酶亲和素化核酸探针储存器、生物素化的电化学活性酶储存器和废液储存器；
[0009]检测时，将待测核酸片段通过微流控通道送至传感电极处，与传感电极上的核酸
探针1互补配对结合；通入清洗溶液洗清洗，留下配对物质；然后与电化学酶标的核酸探针2结合，通入清洗溶液洗清洗；通入底液，使标记的电化学活性酶催化底物转化为电化学活性物质，用电化学方法进行检测；电化学信号可通过调高底液浓度或增长反应时间放大；
[0010]或者检测时，首先将待测核酸片段用电化学酶标记，然后通过微流控通道送至传感电极处，与传感电极上的核酸探针1互补配对结合；通入清洗溶液洗清洗掉未配对物质与未反应的酶标，仅留下配对物质；通入底液，使标记的电化学活性酶催化底物转化为电化学活性物质，用电化学方法进行检测；电化学信号可通过调高底液浓度或增长反应时间放大。
[0011]本专利技术优选的，所述微流控通道由一个或多个进样通道组成，所述进样通道设置有至少一个分流道，修饰核酸探针的传感电极设置于分流道上。
[0012]本专利技术优选的，所述储存器与微流控通道的出口之间还连接有微流控清洗单元，微流控清洗单元一端与微流控通道出口连接，一端与废液储存器连接，还设置有与底物储存器连通的管道，用于底物回收并循环利用。
[0013]本专利技术优选的，所述生物芯片为地址化管理的微流控装置。
[0014]本专利技术优选的，所述清洗溶液为但不限于PBS液；所述电化学活性酶为但不限于碱性磷酸酶；所述底物为但不限于含氨基苯基磷酸酯的PBS溶液。
[0015]本专利技术优选的，所述传感电极的材料为但不限于金属、金属氧化物、金属碳化物、导电塑料、导电聚合物、碳材料或其组合物或混合物。
[0016]本专利技术优选的，所述核酸探针为但不限于检测癌症、慢性病或病原微生物的核酸序列。
[0017]本专利技术优选的，所述底物储存器收集的反应液可用电化学逆向反应回收后继续使用。
[0018]本专利技术优选的，所述微流控装置由印刷、3
‑
D打印、微加工、电沉积或真空沉积制备。
[0019]本专利技术优选的，所述微流控装置的控制系统采用ARM架构STM32微处理器作为核心芯片搭建电路。
[0020]本专利技术中，也可以将电化学酶先修饰在待测核酸或片段上，与传感电极上的核酸探针互补配对结合；通入清洗溶液洗清洗，留下配对物质；然后通入底物使核酸探针捕获的待测核酸或核酸片段上标记的电化学活性酶标记能催化底物转化为电化学活性物质，可以用电化学方法进行检测；电化学信号可通过调高底液浓度或增长反应时间放大。
[0021]2、所述电化学微流控生物芯片在制成便携式及时诊断医疗装置中的应用。
[0022]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了酶标记催化底物放大杂化DNA信号的传感器，传感器采用在电极表面修饰核酸探针，然后与待测核酸样品杂交后再经过与链酶亲和素化的核酸捕获探针2杂交，最后通过生物素和链酶亲和素之间的生物亲和作用将生物素化的电化学活性酶通过标记样品等方法结合到电极表面，催化无电化学活性的底物变为电化学活性产物，从而通过电极检测到信号。基于这样原理，一种采用底物酶催化标记放大杂化DNA信号的高灵敏电化学生物芯片亦可制成用于同时基于核酸探针检测多种重大疾病或慢性病症。与传统的固定生物分子方法相比，升高底物浓度或延长检测时间将极大提高检测灵敏度，降低样品用量，大大降低了检测成本。并且能够使用人群和地域，产品储存条件要求低，可在多种环境中使用，基本不受温度与湿度影响。
[0023]本专利技术传感器及其生物芯片检测装置，由微流控样品采集单元、传感阵列单元、检测单元组成。本专利技术灵敏度高、所需样品量少，拓展了检测的手段。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0025]图1为传感器构建示意图(箭头表示试剂流向)；
[0026]图2为微流控样品采集单元框图；
[0027]图3为检测原理图；
[0028]图4为碱性磷酸酶催化氨基苯基磷酸酯水解为对氨基苯酚；
[0029]图5为对氨基苯酚被氧化为对苯醌亚胺；
[0030]图6为不同浓度待测核酸样品的微分脉冲响应曲线；
[0031]图7为电化学传感器的稳定性测试图；
[0032]图8为电化学传感器的选择性测试图；其中(a)为全互补靶DNA、(b)单碱基错配靶DNA、(c)多碱基错配靶DNA、(d)不互补靶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片，其特征在于：所述电化学微流控生物芯片包括试剂供给单元、微流控装置和废液收集装置，试剂供给单元与微流控装置的入口连接，废液收集装置与微流控装置的出口连接；所述微流控装置主体为微流控通道，所述微流控通道设置有至少一个检测电化学信号的传感电极，所述传感电极上修饰有特异识别待测核酸的核酸探针；所述试剂供给单元包括清洗溶液储存器、待测核酸储存器、底物储存器、链酶亲和素化核酸探针储存器、生物素化的电化学活性酶储存器和废液储存器；检测时，将待测核酸片段通过微流控通道送至传感电极处，与传感电极上的核酸探针1互补配对结合；通入清洗溶液洗清洗，留下配对物质；然后与电化学酶标的核酸探针2结合，通入清洗溶液洗清洗；通入底液，使标记的电化学活性酶催化底物转化为电化学活性物质，用电化学方法进行检测；电化学信号可通过调高底液浓度或增长反应时间放大；或者检测时，首先将待测核酸片段用电化学酶标记，然后通过微流控通道送至传感电极处，与传感电极上的核酸探针1互补配对结合；通入清洗溶液洗清洗掉未配对物质与未反应的酶标，仅留下配对物质；通入底液，使标记的电化学活性酶催化底物转化为电化学活性物质，用电化学方法进行检测；电化学信号可通过调高底液浓度或增长反应时间放大。2.根据权利要求1所述自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片，其特征在于：所述微流控通道由一个或多个进样通道组成，所述进样通道设置有至少一个分流道，修饰核酸探针的传感电极设置于分流道上。3.根据权利要求1所述自动化酶标催化底物放大杂化DNA信号的电化学微流控生物芯片，其特征在于：所述废液储存器与微流控通道的出口之间还连接有微流控清洗单元，微流...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，刘峰，张嫄媛，邹卓，史转转，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：
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