DNA生物传感器监测环境问题

细胞分子生物学课程论文年级、专业：环境科学与工程专业论文题目：生传感器的应用领域及其研究进授课教师：考试成绩：摘要随着生物传感技术在的广泛应用，本文应势综述了DNA生物传感器的主要应用领域及究进展。传器用于受感染微生物的核酸序列分析、微量污染物的监测以及究污染物与之的相互作用，为污染物毒性作用的进一步研究提供理论机理。由于核酸作为敏感元素固化到传感器上作为感应层具有稳定性，易于合成和再生，故生物传感器中在环境监测领域备受关注。此外，纳米技术的日臻成熟为DNA生传感器指明了广阔的展道路。关键词：生物传感器纳米技术核酸序列分析1引随着分子生物学和生物技术的发展们开发了以核酸探针为识别元件于酸相互作用原理的DNA生物传感器。20世纪60-70年代，也就是生物传感器的起步阶段，当时生物传感器主要以传统的酶电极为主，随着研究的不断深入年到了生物传感器发展的高潮阶段并研制了介体酶电极，到90年代后由于生物传感器的优势得以在广泛应用传统的检主要依靠膜上分子杂交和电泳，其技术要求高，时间长，成本高，效率低。而DNA生传感器的出现使得检测大大简化序分析为检测环境微生物和病原菌提供了基,这种传感器可大幅度减少分析时间，简化分析手续，因此来快速现场监测。核酸杂交生物传感器的理论基础是DNA碱基配对原理因高度专一性的杂反应与高灵敏度的电化学检测器相结合，在环境生物技术领域、医疗卫生领域等发挥着举足轻重的作用。2生物传感器的设计原理及分类生物传感器是一种能将目标DNA的在转变为可检测电信号的传感装置。它由辨认元件即针和换能器两部分组成。通常是在换能器上固化一条单链DNA，经过子杂交，对另一条含有互补序列的DNA进行识别，构成稳定的双链，过声、光、电信号的转换，对目标进检测。其设计原理是在电极上固定一条含有十几到上千条核苷酸的单链DNA,通过分杂交对另一条含有互补碱基序列的进行识别,合成双链（利波等，2002建龙，2000交反应在敏感元件上直接完成换器能将交过程所产生的变化转变成电信号交前后电信号的变化推出被检测的DNA量由于杂交后的双链稳定性高在传感器上表现的物理信号电光、声等)都弱,此,有的DNA传器还需在DNA分之间加入嵌和把分子杂交后的分子含量通过换能器表达出来。因换能器和分子识别种类不所就可以构成不同类型的DNA生传感器。按换能器转换信号可以分为电化学传器学DNA传器电体DNA生传感器三类。3生物传感器的应用3.1生传感器在环境监测方面的应用生物传感器具有快速、灵敏、操作方便、成本低等优点，为快速自动化检测奠定了基础。生物传感器监测环境中的病原微生物时选择被监测对象的特异性片段为探针，运用电化学或荧光指示剂，检测DNA的杂交信号。基因诱变剂主要是指能够引起基因变异的

芳香族有机化合物和离子型自由基等，他们可能诱发癌症Mascini课组认为芳香氨化物与单链DNA发插作用后对鸟嘌呤氧化信号产生影响，电极表面鸟嘌呤的氧化峰电流降低，而对单链修的电极作用后氧化峰电流则升高。该课题组还单链D序进行了优化，发现芳香胺与长链修的极作用后电化学信号变化显著，对含3个苯环的芳香胺的灵敏性达到纳摩尔级，两个苯环的芳香胺的检测限达到微摩尔级。同样等用污染物与DNA核酸修饰碳电极表面的相互作用来检测环境中的有毒物质（WangJ.1996他们利用双链层与芳香胺之间的键合作用计一种新型的亲和化学生物传感器，用于检测芳香类化合物测限达到纳摩尔量级过对废水的测试结果与典型的基因毒性测试相比，可得出该传感器可用于实际废水的监测。ChicharroM等究出用于环境样品的微生物检测，此类型传感器的研究包括核酸探针固定化的优化、杂交反应条件、指示剂的结合与检测等。但是，分子中电荷的存在会影响杂交效率Wang,1996)Nielson等解决这一因研究了以肽核酸作为探针的另一类传感器肽酸是以肽为骨架的一种新型的DNA模拟物具与DNA和RNA结的高度亲和性良好的稳定并方便地固相合.(Nielson,1991)。环境污染物对生物体具有较强效应因是污染物分子进入生物体内与DNA结合并对DNA造不可修复的损伤。亦基于此，科研工作者采用生物传感器研究环境污染物与DNA的用并实现对其的检测（刘新会等2013内的响应的变化还可用于检测DNA的理损伤。近年来，分析评D辐射损伤逐渐引起学者关注Palecek等究利用滴汞电极的级化曲线来分析紫外线对的伤（刘萍等，生物传感器除用于检测外，还可用于研究污染物与之间相互作用，解释不同污染物的毒性作用机理（王建龙传器可适时研究与学诱变剂之间反应动力学，在污染物与DNA合相对强度方面提供有用信息。3.2生传感器在医疗卫生方面的应用在病病毒检测方面也得到广泛应用Syvanen等在物传感器中利用时间分辨荧光分析技术检测腺病毒DNA，测限达到（AC,1986）等用瞬波光纤传感器对亲和纯化的多克隆体和单克隆抗体检测肉毒毒素A的果作了比较毒A的抗体共价结合在石英光纤表面后分别浸到含有毒素和光TRITC的液中最发现荧光信号与样品中的毒素成比，因此，结合在石英光纤上的多克隆抗体取得较满意的灵敏度传器却对破伤毒素没有反应这种毒素基因序列有一定的同源性。由此说明DNA生传感器在病毒方面的检测具有较高的特异性。生物传感器因其快速、灵敏等优势在DNA基分析方面也得到迅速发展。靶基因的痕量分析对于疾病诊断和治疗都是很重要的，但DNA探针的灵敏度有限，因此高灵敏度检测特定序可采取一系列措施，如选择良好的杂交嵌合剂、采用修饰电极上非特性吸附等。4生物传感器的优缺点与传统的核酸检测相比，生传感器的优点如下1）可进行液相杂交检测，通过声、光、电等信号的变化，对靶物质的进定量检测。）可进行实检测：将生物传感技术与流动注射技术相结合。）对活体内核酸动态进行检测。）DNA传感技术与人工神经网络技术结合，可筛选出选择性和活性更高的敏感元件，从而研制成多功能、智能的DNA传器。5无污染传器不需要同位素标记，避免了有害物质的污染。但是物传感器还存在很多不足：目前DNA生传感器的研究还处于初级阶段，虽在某些方面有突破，但灵敏度与现行的PCR技还有很大差距。同时也会受杂质的干扰，而

影响检测预期。尽管传器有不足，随着与相关的技术结合对技术方法进行改造有很广阔的应用前景。从乐观角度来看，生传感器对环境污染物进行研究仅可以实现环境体系中污染物含量的测定也污染物毒性评价及从分子水平揭示污染物的生物效应提供新思路。5发前景随着纳米材料的发展纳米科学术同信息科学料科学生命科学和环境科学等相互交叉将为这些领域的发展提供新的技术基础。近来的研究表明，纳米技术同生物医学相结合，在基因分子诊断分、疾病治疗及分子生物学及生物工程方面将取得重要发展且是当今的研究前沿和发展方面感是纳米微粒最具有前途的应用领域之一米微粒具有大的比表面积高活性特异性极小性等于传感器所要求的多功能化型化高速化相对应尤其是金纳米颗粒具有良好的光学和电子学特性能诸多的电化检测有信号增强和放大作用作为荧光标记物外还能作为电化学标记物，在发展DNA传感器方面有很好的应用前景云，聂立.2006颗粒可与氨基发生非共价的静电吸附而牢固结合，巯基之间形成很强的A共键使胶体金可与生物活性组分结合的针可用于生物体系的检测瑞堂实验条件下纳米颗粒修饰的金片对HS-DNA探针的吸附量比未经修饰的金片可提高-5倍，同时也提高了传感器的灵敏度（杨婕，等利用电化学方法检测纳米金标记的DNA（抗生蛋白链霉素固定于磁性纳米粒子上用来固定生素的纳米金相结合（高.2006处后，对复合物上的纳米金进行溶解后用计时电位法进行分析，进而对待测DNA的量进行检李金花，胡劲.。外，基因芯片芯、微阵列）是将半导体工业的微型制造技术与分子生物学技术结合来，通过将大量的肽核酸或DNA固在块面积极小的硅片、玻片或尼龙膜上等基片构成。经典芯片与银染法结合提高检测的灵敏度米的独特性质为基因芯片的研究提供了一个方向取得一定进展。未来,生物传感器在环境监测领域中的展趋势,由单一功能向多功能发展纳生物传感器阵列或多种纳米生物传感器的集成,将是生物传感器的一个重要发展方向集多种技术,以提高监测效率如纳米管技术（张玉忠2011）酶生物传感器的结合提了生物传感器的灵敏度并且结构简单、易于微型化、可批量生产显示出了新型生物传感器优异的性能和巨大的生命力进步拓宽了在环境监测中的应用加从试验阶段走向品化,向型化、集成化、智能化方向发展（焦奎等参考文献·焦奎，杨婕等.纳金在生传感器和基因芯片研究中的应用化研究与应用2007,19(3):234.·刘萍等生传感器研究综述[J].2011,25(2):·PandeyWeetallH.DetectionofaromaticcompoundsbasedonDNAintercalationusinganevanescentwavebiosensor.,67(4):787-792.利乃胜.生物传感器在疾病检中的研究进展和应用前2002,24(1):70-71.·王建龙，张悦.生物传感器在疾病检测中的研究进展和应用前物技术通报，:13-14.·王建龙生传感器在环境污染监测中的应[J].生物化学与生物物理进展200128（·WangJ,ChicharroM,RivasG,etal.NarasalahDonthaPercioAMFariasHarukiShirashiAnal[J].Anal.Chem,1996,68(13):2251-2254.刚会等电学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应环境化学，

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