2004年---医学外文翻译--超灵敏免疫和DNA电化学生物分析（译文）

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1、 中文 2830 字 出处： Wang J, Guodong Liu A. Ultrasensitive Electrical Biosensing of Proteins and DNA: 鈥Carbon-Nanotube Derived Amplification of the Recognition and Transduction EventsJ. Journal of the American Chemical Society, 2004, 126(10):3010-1. 超灵敏免疫和 DNA 电化学生物分 析： 应用碳纳米管放大分子识别和传导过程 蛋白质和 DNA 检测技术在基因疾

2、病的诊断和治疗，传染性疾病的检测，药物的开发，生物战争预警中起着非常重要的作用。这些生物检测通常依赖 DNA 杂交或抗原 抗体相互作用，可达到超灵敏度的检测。由于电化学传感器具有灵敏度高、简单、可微型化，低成本和高需求的特点，非常适用于生物检测。酶标记在蛋白质和 DNA 超灵敏电化学生物亲和性检测中起着很大的作用。 Hleller， 小组 5， 6 通过 DNA 上连接 HRP 酶标记物和采用一种可加快电子传递的氧化聚合物可实现 DNA 的高灵敏度的电化学检测（低至 5zmol）。 Willner,s 小组 7 8 通过生物催化沉积酶反应产物可获得信号的多重放大，从而实现极低的检测限（ 25

3、amol），酶联电化学蛋白质检测信号可通过双酶底物体系底物循环或者酶产物的离子交换富集产物来进行放大。然而，在电化学生物检测中，放大生物识别传导信号仍是一个重大的挑战。为了满足蛋白质和核酸电化学检测高灵敏度的要求，我们需要新的方法， 通过酶生物催化反应来放大信号。 在本文中，我们利用碳纳米管（ CNTS）显著放大蛋白质和 DNA 的识别和电化学传导信号。 CNTS 所特有的电学性能、化学性能和机械性质使 其非常适用于电化学传感器1， 2。大多数 CNT 传感器主要是利用 CNTS 特有的表面性质来促进在生物催化装置中电子转移反应，在我们新的生物亲和性检测中（图 1）， CNTS 起着放大识别和

4、传导信号的双重作用，也就是 CNTS 上载有大量酶及积累了大量酶反应的产物。这些新奇的方法和CNTS 预富集的功能反映了 CNTS 具有很大的比表面积，并可用 ALP 酶标来证实。通过采用 CNTS 的放大处理从而降低检测限的一些方法已被报道过，因此很适用于电化学DNA 检测。 图 1. 分析流程：（ A）通过 DNA 杂交反应（ a）或者抗体 -抗原 -抗体夹心 反应（ b）连接载有 ALP 酶的 CNT 与链霉亲合素修饰的磁性粒子。（ B）酶反应。（ C）在用 CNT 修饰的玻碳电极上进行酶反应产物的电化学检测信号；MB，磁性粒子； P， DNA 探针 1； T，目标 DNA； P2， D

5、NA 探针 2； Ab1，第一抗体； Ag，抗原； Ab2，第二抗体；S 和 P，分别是酶反应的底物和产物； GC，玻碳电极； CNT，碳纳米管层。 这种新的基于 CNT 放大生物电化学检测信号的方法（图 1）包括通过夹心杂交（ a）或者抗原 -抗体（ b）使待测物两端分别连接有磁性粒子和 CNT，结合磁性分离作用（ A）。接着通过酶反应的放大作 用（ B），在 CNT 修饰的电极上用计时电势分析法对酶产物进行检测分析（ C）。通过我们所照的透射电子显微图（ TEM）（例如图 2）可见杂交反应可把载有 ALP 酶的 CNTS 与磁性粒子相连接起来（ DNA 起着“胶水”的作用）。据我们所了解，

6、这是第一个通过 DNA 来把粒子连接到 CNTS 上的例子。在不互补的 DNA链的存在下我们看不到有这样的聚合连接（ B）。显然地，如果没有这个杂交 DNA 识别分子，载有 ALP 酶标的 CNTS 将被磁性分离作用所分离，而只剩下磁性粒子。我们用1-乙基 -3-（ 3-二甲基氨丙基）碳化二亚胺来把 ALP 酶固定在 CNTS 上（见图 1 的支持信息）。通过电化学实验比较在载有已知 ALP 酶浓度的 CNTS 上和已知浓度的 ALP 酶反应产生的 -奈酚量（假定自由的与已固定的 ALP 酶具有相同的活力）可估算出每个 CNT上载有大约 9600 个 ALP 酶分子（也就是已固定在 CNT 上的 ALP 酶量）。 图 2. 分别在 10（ A）和 0（ B） Pgml-1 目标样品中进行杂交 20 分钟的磁性粒子 -DNA-CNT 结构的透射电子显微图，这些微观图片是 Hitachi H7000 仪器在工作电压为 75KV 下拍下的。 从图 3 DNA 分子杂交（ A）和抗原 -抗体生物检测中 可以看到由于 CNT 的双重放大作用引起了