我国电化学DNA纳米生物传感器和蛋白质芯片生物传感器研制成功

近日，我国科研人员在生物传感器研究方面取得重要成果——中科院力学所和上海应用物理所分别研制成功新型电化学DNA纳米生物传感器和蛋白质芯片生物传感器，其具有灵敏度高、特异性强、检测时间短等优点，研究均达到国际先进水平，在生物医学领域显示出广泛的应用前景。

在国家自然科学基金委、中国科学院和上海市科委的支持下，中科院上海应用物理所近日研制出一种新型的电化学DNA纳米生物传感器(CDS)，这一生物传感器具有高灵敏度和高特异性。日前，《美国化学会会志》(《JACS》)在7月号正式刊出该研究成果。

发展新型DNA检测方法是后基因组时代的需求，诸如生物安全、人体健康(肝炎、艾滋病等)等领域都需要快速、便捷的DNA或RNA检测技术。电化学技术具有快速、灵敏、低能耗、易于微型化和集成化等优点，被认为是在时效、成本等有较高限定要求的场合实现DNA检测的首选技术之一。

该电化学DNA纳米生物传感器是在中科院上海应用物理所樊春海研究员的指导下由博士研究生张炯等人研制而成的。其特色是通过对电极界面纳米尺度的精细调控，同时引入金纳米粒子进行电化学信号放大，从而显著提高了DNA检测的灵敏度。该生物传感器可在1~2小时内快速检测到约两万多个DNA分子，检测灵敏度达到10飞摩尔/升(10fM)的DNA，超出常规荧光DNA检测方法约3个数量级。研究人员也以一种与乳腺癌相关的BRCA-1基因序列检测为模型，展示了该传感器在进行单碱基变异性检测(即SNP分析)中具备高特异性。

而另一研究成果“蛋白质芯片生物传感器系统”及其实用化样机，是由中科院力学所国家微重力实验室靳刚研究员领导的课题组，在中国科学院知识创新工程和国家自然科学基金的资助下经过多年努力完成的。该研究将多种蛋白质活性微列阵、生物分子特异结合性，与高分辨率椭偏光学成像技术相结合，提供了一种新型无标记蛋白质分析技术。在7月5日召开的成果鉴定会上，鉴定组专家一致认为，该蛋白质芯片生物传感器系统自动化程度高、系统集成性强，达到国际先进水平。

蛋白质芯片生物传感器系统的特点在于，它使用单一非标记试剂检测靶分子，能够更好地保持生物分子的活性，减少非特异信号的影响，提高蛋白质分子相互作用检测的灵敏度，实时、直观地显示检测结果，并具有鉴别伪信号的功能。它在同一微流道蛋白质芯片反应器系统内实现了蛋白质溶液输运、蛋白质芯片的制备和蛋白质相互作用，具有48个独立单元，可实现对多样本、多指标同时进行检测，有效减少了检测时间和降低了样品消耗。此外，使用该系统进行蛋白质样品的检测时，除试剂外，几乎没有芯片制作成本。

以乙肝五项指标的检测为例，采用目前临床酶联免疫逐项检测方法，至少需要1天才能得到结果，而蛋白质芯片检测系统只需40分钟，大大提高了检测效率；传统检测方法至少需要几毫升血液，而新系统采用了微流道蛋白质芯片反应器，实现了高灵敏度光学无接触、无扰动、无标记物的多元分子检测，只需要几十微升血液即可得到检测结果，显著降低了样品的消耗。

由于高通量的优势，该蛋白质芯片生物传感器可应用于蛋白质和蛋白质谱的检测、疾病标志物的识别和药物筛选等领域。目前，已成功用于乙肝五项指标同时检测、肿瘤标志物检测、微量抗原抗体检测、SARS抗体药物鉴定、病毒检测及急性心肌梗死诊断标志物检测等多项实验，应用前景广泛。

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生物传感器技术是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术，是将生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。

生物传感器较多应用于医药、生物工程、环境保护、食品、农业、畜牧等与生命科学关系密切的领域。例如，临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学成分，为医生诊断提供依据；生物工程产业中用生物传感器监测生物反应器内各种物理、化学、生物的参数变化以便加以控制。

生物传感器可以按照其感受器中所采用的生命物质分为微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等；也可以按照传感器器件检测的原理分为热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等；还可以按照生物敏感物质相互作用的类型分为亲和型和代谢型两种生物传感器。