DNA损伤的光电化学传感器检测

DNA是生物体主要的遗传物质,DNA损伤在生物体内经常发生。一些内源性和外源性物质可对细胞核内DNA造成氧化和修饰等结构性损伤。未经修复的损伤DNA可导致基因突变甚至癌症的发生。DNA电化学传感器具有快速、灵敏、低成本和易于小型化等优势,非常适用于化学品和环境化合物致DNA损伤毒性的快速筛查。本文首先简要介绍目前流行的DNA电化学传感器的类型和工作原理,然后以我们实验室的工作为基础,重点论述针对DNA损伤检测的电化学和光电化学传感器,包括用于化合物基因毒性快速鉴定的通用型传感器和特定DNA损伤产物（8-羟基脱氧鸟苷,甲基化DNA碱基）定量检测的专用型传感器。最后对DNA损伤电化学传感器目前存在的问题和未来可能的发展方向进行展望。     

荧光小分子氨氯吡咪识别ds-DNA中单链断裂损伤的研究

DNA的单链断裂损伤(single strand breaks,SSBs)是严重的DNA损伤之一.估计每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次.因而发展灵敏、快速、简便的方法检测DNA骨架断裂损伤,对于疾病早期诊断、药物筛选等都具有重要的意义.传统的测定细胞DNA骨架断裂的方法包括:中性或碱性蔗糖密度梯度离心法、DNA碱解旋速率法、中性或碱性膜洗脱法、DNA粘度测量法等.     

光电化学DNA传感器快速检测聚苯乙烯纳米球溶液诱导的DNA损伤

近年来,随着纳米科技的发展,纳米材料逐渐有了广泛的应用.然而,动物实验和细胞实验的结果表明,许多纳米材料存在潜在的毒性.我们用实验室先前建立的光电化学DNA传感器快速检测了聚苯乙烯纳米球溶液诱导的DNA损伤.在这个传感系统中,我们通过静电组装的方式将双链DNA膜组装到纳米SnO2半导体电极上,然后使用一种DNA双链嵌入剂,即Ru（bpy）2（dppz）2＋（bpy=2,2＇-bipyridine,dppz=dipyrido[3,2-a：2＇,3＇-c]phenazine）作为光电信号分子.当电极上的DNA膜暴露于2.0mg/mL的聚苯乙烯纳米球溶液1小时后,电极的光电信号下降了将近20%.光电流的下降是由于DNA膜受到损伤,使得嵌入到电极表面的Ru（bpy）2（dppz）2＋信号分子的量减少所导致的.凝胶电泳的实验结果也表明,DNA与聚苯乙烯纳米球溶液孵育后产生了化学损伤.然而,光电化学传感器与凝胶电泳的结果同时还表明,多次清洗后的聚苯乙烯纳米球溶液并不会导致DNA损伤,而未清洗的聚苯乙烯纳米球溶液的上清液却可以导致与聚苯乙烯纳米球溶液大致相当的DNA损伤.清洗后上清液的紫外吸收光谱显示其中含有杂质,且呈现出与氧化苯乙烯类似的特征吸收,而氧化苯乙烯是一种已知的DNA加合损伤试剂.因此,上清液中存在的氧化苯乙烯等杂质可能是导致DNA损伤的主要原因.本研究表明,在进行纳米材料的毒理学研究之前,对于材料的充分表征是非常有必要的.我们报道了光电化学传感器在快速评价纳米材料在DNA损伤上的应用.     

酶标记的电化学DNA传感器

对特异DNA序列的检测,在基因相关疾病的诊断、军事反恐和环境监测等方面均具有非常重要的意义.DNA传感器的研究就是为了满足对特异DNA序列的快速、便捷、高灵敏度和高选择性检测的需要.近年来涌现出多种传感策略,根据其检测方法大致可以分为光学传感器、电化学传感器和声学传感器等.由于电化学检测方法本身所具有的灵敏、快速、低成本和低能耗等特点,电化学DNA传感器已成为一个非常活跃的研究领域并得到了快速发展.     

基于石墨烯纳米材料的DNA测序研究进展

设计和研发快速、准确、价廉、高通量的DNA测序方法,对于预防早期疾病和了解相关疾病机理具有非常重要的意义。新型纳米材料石墨烯由于具有独特的结构和性质,在化学和生物科学等领域发挥着重要的作用。该文介绍了DNA测序的研究现状以及应用石墨烯纳米材料的优势,重点阐述了DNA链通过石墨烯纳米孔、石墨烯纳米间隙、石墨烯纳米带时产生不同的电流信号识别碱基序列的原理,同时介绍了DNA链与石墨烯的相互作用对DNA测序的影响,并对DNA测序的研究方向进行了展望。该文为基于石墨烯纳米材料的DNA测序提供了作用原理、理论研究以及检测方法等参考。     

DNA脱碱基位点的检测与应用

脱碱基位点是一种常见的DNA损伤,源于N-糖苷键断裂而使碱基脱落。辐射、烷基化试剂和一些抗癌药物等可能会造成碱基脱落,因此脱碱基位点作为标志性损伤能够帮助疾病早期筛查、药物毒副作用评价、环境污染物毒性评价等。目前已有不同的检测方法用于脱碱基位点的定量、定性分析,包括32P后标记法、LC-MS、ELISA及化学探针检测法等。另一方面,由于脱碱基位点在双链DNA内形成疏水空腔,能够结合小分子,使得脱碱基位点作为结合位点被用于小分子检测、构建适配体传感器及SNP检测。本文简要概述目前为止对DNA脱碱基位点的化学探针检测法研究进展以及含有脱碱基位点DNA的应用研究进展,并展望其发展趋势。     

基于核酸适体的丙肝病毒核心蛋白检测新方法

丙型病毒性肝炎是由丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)引起的一种传染性疾病.发展对HCV抗原具有高亲和力高特异性的识别分子和检测方法对丙肝进行早期诊断具有非常重要的意义.我们通过SELEX筛选得到了能特异性识别HCV核心蛋白(core蛋白)的DNA核酸适体,建立了可对HCV core蛋白进行高灵敏检测的核酸适体-酶联免疫新方法,并成功应用于丙肝病人血清中HCV core蛋白的检测,有望发展成为简便、灵敏、低成本的HCV早期诊断和血清筛查新方法.     

DNA氧化损伤评价模型的构建及其中药保护剂的筛选

香烟烟气含有上千种化合物,其中60多种证明具有致癌作用.另外香烟烟气含有高水平活性氧基团,例如超氧自由基、羟基自由基等,能够对细胞DNA造成氧化损伤~([1,2]).近年来研究表明:8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)已成为检测DNA损伤的一种重要标志物.本研究以8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)为DNA氧化损伤的标志物,构建了Fenton试剂(Fe~(2+)+H_2O_2)及吸烟产生的活性自由基对DNA的氧化损伤评价体系,并利用该体系筛选对DNA具有保护作用的中药单体.     

基于杂交链式反应信号放大和磁分离技术荧光检测端粒酶活性

端粒酶是由RNA和蛋白质组成的一种核糖核蛋白酶, 它一般在癌细胞中被激活. 它与端粒DNA的不断复制以及癌细胞的不断增殖密切相关. 所以检测端粒酶的活性对癌症的早期诊断以及以端粒酶为靶标分子的抗癌药物的开发具有重要意义. 利用杂交链式反应(HCR)无酶放大检测信号, 建立了一种简单、快速的端粒酶活性检测方法. 端粒酶延伸产物是一条末端具有(ggttag)_n重复序列的DNA. 在实验过程中, 通过链霉亲合素与生物素的特异性作用将端粒酶延伸产物连接在磁性微球上. 设计一条端粒酶延伸产物特异性的DNA探针I作为杂交链式反应的引发探针. DNA探针I的3'-端与端粒酶延伸产物的重复序列匹配, 通过杂交, DNA探针I被固定在磁球上; DNA探针I的5'-端引发DNA探针II和探针III发生杂交链式反应. DNA探针II和探针III上都标记有荧光基团, 可以利用荧光直接进行信号检测. 在反应过程中, 通过磁分离去除多余未反应的三种DNA探针. 在优化条件下, 可以检测到1.0×10⁵个Hela细胞中的端粒酶活性. 该方法简单、快速、检测成本低, 分析全程无酶参与, 在肿瘤或癌症的临床诊断以及以端粒酶为靶标分子的抗癌药物的筛选上具有广阔的应用前景.     

“金标银染”放大技术的羟基自由基灵敏检测

本文采用银染增强金纳米粒子(Au NPs)为信号因子,构建了一种新型的灵敏检测羟基自由基(·OH)的DNA电化学传感器.首先,巯基化的DNA1通过Au—S键自组装于金基底电极表面.然后,由Fenton反应产生的·OH可引起电极表面DNA1自组装层的氧化损伤裂解,未损伤的DNA1可与功能化Au NPs上的DNA2杂交.利用Au NPs对银离子的催化还原反应,将银原子沉积在Au NPs的周围,形成一层银外壳,再用差分脉冲伏安法(DPV)技术对沉积的银进行电化学检测,从而实现·OH的定量分析.研究结果表明,在最优实验条件下,该传感器检测·OH的线性范围为0.2~200μmol·L-1,检测下限为50 nmol·L-1.该传感器有较好的重复性、选择性,并在抗氧化剂抗氧化能力评估方面具有潜在应用价值.     

DNA加合物分析技术与方法

DNA加合物是由亲电性的小分子化合物与DNA链中的多种亲核性基团发生共价反应而形成的,可作为遗传毒性标志物.DNA加合物的生成是一些有毒化学品引起基因突变、发育畸形、肿瘤和癌症效应过程中的重要阶段,是医学、毒理学和环境健康研究的重要内容.发展快速、灵敏、准确的检测技术和方法是理解和研究DNA加合物生物学作用的关键.目前DNA加合物分析方法主要包括~(32)P后标记法、免疫分析法、免疫毛细管电泳-激光诱导荧光法、DNA测序以及色谱-质谱联用技术等.本文对这些技术和方法及其在DNA加合分析中的应用进行了综合评述,同时简要展望了DNA加合物分析技术和方法的发展.     

质谱技术在核酸研究领域的应用

质谱技术具有快速、准确、灵敏度高等优点,近年来在生物分析方面得到了广泛的应用.核酸作为生命的基本物质,一直是生命领域的研究热点,进展日新月异.而质谱方法也成为了科学家研究核酸的强有力工具,具有广阔的发展前景.本文介绍了核酸检测的质谱技术,并简要综述了质谱在核酸的高级结构研究、与小分子相互作用、DNA损伤与修饰等领域的应用,重点介绍了中国学者的研究成果.     

Pb2+与Co(phen)33+及DNA间的相互作用及其分析测定的研究

DNA电化学传感器是近几年发展起来的一类新型的生物传感器[1]。它不仅可以用来识别和检测特定碱基序列的DNA[2],还可以用来研究DNA的损伤及与药物的作用机理[3]。与同位素标记等方法相比,该类传感器具有识别能力强、简单、快速和灵敏度高等特点[4]。随着人类基因组计划和流行性     

非标记型可卡因电化学适体传感器的研究

小分子物质如药物、多肽、激素和环境污染物的快速、灵敏和特异性的检测对于医学、生化和环境分析等研究具有十分重要的意义.适体是从核酸分子文库中获得的寡核苷酸片段(包括DNA和RNA),能够特异性识别目标物如蛋白、小分子物质和核酸等.     

DNA加合物检测

DNA加合物是一类极其重要的、具有多种标志作用的生物标志物,可应用于环境致癌物的暴露监测、基因毒性测定、个体敏感性和环境致癌物与基因的相互作用研究、癌症风险评价、环境致癌因素筛查以及癌症预防研究等.可靠、灵敏、准确的分析检测技术是DNA加合物作为生物标志物得到广泛应用的关键.当前DNA加合物分析、检测的方法主要包括:32P后标记法、免疫分析法、免疫毛细管电泳激光诱导荧光法、液相色谱串联质谱法、微分离.质谱联用法等.本文对这些分析技术和方法及其在DNA加合物检测方面的应用做一简要综述.     

DNA脱碱基位点的检测方法及其生物学研究进展

DNA中糖苷键断裂形成的脱碱基位点（脱嘌呤/嘧啶位点,AP位点）是常见的DNA损伤类型之一,由核苷酸自发水解产生,也是DNA碱基切除修复途径中的关键中间体。若修复不及时,可能会导致DNA复制阻滞和DNA链断裂,产生突变和细胞毒性,同时还会引起形成DNA交联或DNA－蛋白质交联的损伤,因此对于AP损伤的检测有助于理解细胞氧化应激损伤和基因毒性物质的毒性评价。目前检测AP位点的方法有14C或32P后标记法、酶联免疫吸附分析（ELISA）法和液相色谱－质谱（LC－MS）技术等。该文重点概述DNA中AP位点的检测方法和生物学研究进展,并展望了AP位点损伤相关研究的前景。     

酸性条件下的DNA构象变化加速DNA变性解链

调控DNA的变性解链过程是DNA扩增与检测的关键步骤。对于传统的热循环DNA扩增策略,由于变温过程中热量分布不均一以及变温速度慢等不利因素,会直接影响DNA变性解链过程,从而降低DNA检测放大的效果、延长检测的时长。因此,探索快速、高效的调控DNA变性解链的方法具有重要的研究意义。本文发展了以胞嘧啶在酸性条件下的质子化反应为基础,通过改变溶液的pH值,来诱导DNA构象在Watson-Crick（WC）碱基对与Hoogsteen（HG）碱基对之间的分子构象转换,从而实现精准、快速、高效的DNA变性解链调控目标。结果表明,相较于传统的温控方法,pH调控方法能显著提高DNA变性的速率约6倍以上。本文发现pH调控方法通过降低双链DNA的反应焓约160 kJ/mol,从而提高双链DNA变性速率和效率。该方法具有用于DNA信号放大与检测等相关应用的潜力。     

基于呼出气挥发性有机物检测的肺癌筛查技术研究进展

肺癌已成为当前全球发病率和死亡率最高的癌症.早期肺癌的治愈率高,"早诊早治"已成为共识.呼出气检测具有非侵入性、取样方便且对人体友好的优势,通过对呼出气中特征代谢物的检测,寻找早期肺癌的疾病标志物,有望作为一种简单有效的早期肺癌筛查手段而备受关注.本文从临床常用肺癌筛查方法、呼出气组分及肺癌标志性挥发性有机物(VOCs...     

基于磁性微球的无标记化学发光端粒传感新技术

近年来无标记型DNA传感技术的研究已成为病原基因测定和基因疾病诊断等领域新的研究热点之一. 基于磁性微球分离和富集的方法, 建立了一种新型的无标记化学发光检测技术, 并成功地应用于特定序列DNA——端粒的检测. 首先采用dT₂₀修饰的磁性微球, 与连接有dA₂₀的捕获探针DNA杂交, 然后再与端粒进行第二步杂交反应. 磁性分离洗涤后, 利用端粒中富含的G碱基与3,4,5-三甲氧基苯乙二醛反应产生特异性化学发光, 从而实现特定序列 DNA——端粒的无标记检测. 实验结果表明: 该法具有操作简便、分析快速、灵敏度高、专属性好等特点. 目标DNA浓度在5×10^－9～1×10^－7 mol/L浓度范围内具有良好的线性关系, 相关系数为0.9918.     

集成DNA分子机器的微针贴片用于细胞外三磷酸腺苷原位监测

细胞外三磷酸腺苷(ATP)作为信号分子参与一系列生理过程,其代谢异常与很多疾病(如炎症和感染性疾病等)的发生密切相关.发展胞外ATP的原位检测方法对于阐明相关疾病的发病机理及临床诊断具有重要意义.本研究制备了集成DNA分子机器的微针贴片.此微针贴片具有快速溶胀特性,在水溶液中可实现对ATP原位采样;集成的DNA分子机器...