DNA电化学生物传感器的原理与研究进展

DNA，＊，，，，，（，730000）：DNA，、、、、、，、、、、。DNA，，。：DNA；；FundamentalsandprogressesofDNAelectrochemicalbiosensorMaoBin,HanGen-liang＊,MaLi-ping,LiuBin,GaoXiao-ping,LiGong-nong,LiuGuo-han(InstituteofSensorTechnology,GansuAcademyofSciences,Lanzhou730000，China)Abstract：DNAelectrochemicalbiosensor,whichhasbeendevelopedrapidlyinrecentyears,isonenewtypeofbiosensors．Thiskindofbiosensorshassuperiorityinelectrodefabrication,durableyears,reproductionquality,testingsensitivity,productioncostandmicromationrealization．Sotheyareofsignificantprogressinresearchandapplication,suchasclinicalmedicalanalysis,geneticengineering,mechanismofdrugaction,newdrugselection,environmentalmonitoringandfoodengineering．ThefundamentalsofDNAelectrochemicalbiosensorisintroduced,theprogressesofthebiosensorareassortedandappraisedbrieflyanditsdevelopmenttrendsisdiscussedinthisarticle．Keywords：DNAelectrochemicalbiosensor；fundamentals；progress0（humangenomeproject,HGP），，。，、、。、、。，、，DNADNA，。DNA，DNA[1]，、[2]、[3][4]，。DNA[5]。DNA（）DNA。、、、、、、、、、[5]。DNADNA[6]。：(QS001－C32－01）＊，Tel：[phone]，E－mail：[e-mail]．29,No．1Mar．2009CHEMICALSENSORS29120093DNA，、、、、[7～9]。1DNADNA[10]DNA（single－strandedDNA，ssDNA），，，DNA。DNA（1）：ssDNA、、1DNAFig．1ThemajorstepsofDNAelectrochemicalbiosensorfabrication。：1．1ssDNAssDNADNA，25～80，DNA。ssDNAssDNA，DNA。ssDNA：1），[11][12]ssDNA。2）DNA，，（2）。[13]，，DNA。3），，、、。[14]，DNAAu－S，DNA。4）－、（kD＝1015）。DNA[15]，，，1～10×10－12g。1．2ssDNA，ssDNA，DNA（double－strandedDNA，dsDNA）。：、、pH。1．3，。1．3．1DNA[16]。DelosSantos－Alvarez[17]，，ssDNA，，DNA。1．3．2，dsDNAssDNA29102DNA(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)，(g)Fig．2Covalent－bindingMethodsofDNAligandsImmobilization(a)glasscarbonelectrode，(b)carbonpasteelectrode，(c)graphiteelectrode，(d)Auelectrode，(e)Auelectrode，(f)Ptelectrode，(g)manykindsofbasicelectrodedsDNA，：dsDNA，DNA。dsDNA，dsDNA，DNA。[18]、，DNA，[19]、[20][21]。1．3．3，ssDNA1：DNA11，，，DNA。[22]、[23～24]、[25～27]。、，，，DNA。DNA，：、[28～29]DNA。1．3．4。DNA，，。，，，DNA。Kavanagh[30]DNA，DNA。[31～33]，[34]。2DNADNA：2．12．1．1，，，。DNA，Hashimoto[35]0．3mmDNA，。2．1．2Millan[36]ssDNA，18。Wang[37]p53，。Wang[38]（PNA）ssDNA，PNA，ssDNA，。2．1．3DNADNA。[39]，（、），DNAssDNA，DNA。Wang[40]dsDNA，，DNA，DNA。2．1．4DNA。Brett[41]DNA；Ovádeková[42]DNA；Kerman[43]，；Gu[44]。2．22．2．1Wang[45]DNA，，1×10－9g／mL。[46]DNA，。Brett[47]DNA，。2．2．2（E．coli），，Wang[48]，E．coliDNA。2．2．3DNA，DNA，[49～50]。[51]DNA，2．0×10－8mol／L。29122．32．3．1[52]ssDNA－，DNA，。2．3．2[53]DNA，（ATP）。DNAATP，，，，ATP。。2．4，、DNA（：、）。，，：、、、、、、、。[54]。、、。DNA，DNA。Devaraj[55]，，、DNA。，DNA，[56]DNA－，。3DNA，，、、。，，DNA：1）ssDNA，，ssDNA；2），；3）、；4）DNA，；5）（peptidenucleicacid,PNA）ssDNA，；6）、、，。[1]CilkowskiML，FanfMM,LundMEJ．AsurfaceplasmonresonancemethodfoedetectingmultiplemodesofDNA－ligandinteractionws[J]．Pharm．Biomed．Anal，2000，22（6）：1037～1045．[2]PopeLH，AllenS，DaviesMC，etal．ProbingDNADuplexFormationandDNA－DrugInteractionsbytheQuartzCrystalMicrobalanceTechnique[J]．Langmuir，2001，17（26）：8300～8304．[3]VercoutereW，AkesonM．BiosensorsforDNAsequencedetection[J]．Biology，2002，6（6）：816～822．[4]OrpanaAK．Fluorescenceresonanceenergytransfer(FRET)usingssDNAbindingfluorescentdye[J]．BiomolEng．,2004，21（2）：45～50．[5]WangJ．SurveyandsummaryfromDNAbiosensorstogenechips[J]．Nucl．Acids．Res．,2000，28（16）：3011～3016．[6]MasciniM，PalchettiI，MarrazzaG，etal．DNAelec-trochemicalbiosensors[J]．Anal．Chem．,2001，369（1）：15～22．[7]，，，．DNA[J]．，2001，20（10）：1～3．[8]BrabecV．DNAsensorforthedeterminationofantitumorplatinumcompounds[J]．Electrochem．Acta．,2000，45：2929～2932．[9]．DNA[J]．，2001，28（1）：125～128．[10]PividoriMI,MerkociA,AlegretS．Electrochemicalgenosensordesign:immobilisationofoligonucleotidesontotransducersurfacesanddetectionmethods[J]．1：DNA13Biosens．Bioelectron．，2000，15（5－6）：291～303．[11]XuC，CaiH，HeP，etal．Characterizationofsingle-strandedDNAonchitosan－modifiedelectrodeanditsap-plicationtothesequence－specificDNAdetection[J]．FreseniusJ．Anal．Chem．,2001，369（5）：428～432．[12]DellAD，TombelliS，MinunniM，etal．Detectionofclinicallyrelevantpointmutationsbyanovelpiezoelec-tricbiosensor[J]．Biosens．Bioelectron．，2006，21（10）：1876～1879．[13]SunXY，HePG，LiuSH，etal．Immobilizationofsin-gle-strandeddeoxyribonucleicacidongoldelectrodewithself－assembledaminoethanethiolmonolayerforDNAelectrochemicalsensorapplications[J]．Talanta，1998，47（2）：487～495．[14]，，，．[J]．，2005，26（3）：193～196．[15]FilliardAD,BillonM,ValivacheT,etal．Biotin／avidinsystemforthegenerationoffullyrenewableDNAsensorbasedonbiotinylatedpolypyrrolefilm[J]．Anal．Chim．Acta．,2004，515（2）：271～277．[16]KermanK，KobayashiM，TamiyalE．RecenttrendsinelectrochemicalDNAbiosensortechnology[J]．Meas．Sci．Technol．,2004，15（2）：R1～R11．[17]De－los－Santos－AlvarezP，de－los－Santos－AlvarezN，Lobo－CastanonMJ，etal．Amplifiedlabel－freeelec-trocatalyticdetectionofDNAinthepresenceofcalciumions[J]．Anal．Chem．,2002，74（14）：3342～3347．[18]RobertMU，SharonW，JostV，etal．ElectronicDetectionofNucleicAcids:AVersatilePlatformforMolecularDi-agnostics[J]．J．Molec．Diagn．,2001，3（2）：74～84．[19]ErdemA，KermanK，MericB，etal．DNAelectrochemicalbiosensorforthedetectionofshortDNAsequencesrelat-edtothehepatitisBvirus[J]．Electroanal．,1999，11：586～587．[20]YangIV，RoppPA，ThorpHH．TowardElectrochemicalResolutionofTwoGenesonO