CN1828297A - 一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，通过金微球就以“三明治”式分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端，提高被测物生物分子的质量，该方法包括以下步骤：将生物素分子固化在微悬臂梁的前端；在溶液中的被测亲和素分子与生物素分子完成特异性结合；将生物素分子固化在金微球表面；金微球在溶液中与被测亲和素结合，金微球就以三明治式结合分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端。利用金微球使被测生物分子的质量放大成百上千倍，检测灵敏度也就可以提高成百上千倍，由此可以用于构建多种生物传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物传感器，特别是涉及一种利用金微球进行被测物的质量放大，以便提高生物传感器换能元件振动频率的方法。
背景技术
生物技术是二十一世纪科学技术发展的前沿，而新型生物传感器的理论研究、设计和开发是生物技术的核心研究内容之一，它也始终是多学科前沿技术的交叉综合。生物传感器包括生物识别元件和换能两个关键技术。随着对检测灵敏度和精度要求的提高，单纯依靠前者来构建生物传感器的技术方案已经越来越受到限制，而在本领域中研究高灵敏度的换能技术越来越重要。当前比较常用的换能技术主要有，场效应晶体管法、光电转化法、电位或电流测定法、电极法、荧光法、压电法和光纤检测法等。这些换能技术有的专用性强，不能用到新兴生物传感器中；有的灵敏度差，不能满足现代生物检测的要求；有的仪器结构过于复杂，使用不便。以光纤生物传感器为例，其检测信号来自荧光强度或反射光强度的变化，不仅理论上灵敏度有限，而且光学结构复杂，不具便携性。
以微悬臂梁、压电陶瓷等为换能元件的生物传感器结构简单，灵敏度高。该类传感器以质量变化为检测手段，可以有两种检测方法，即直流DC检测法和交流AC检测法。在某些情形，生物分子间的特异性结合会产生表面应力，这种应力使得换能元件产生形变，根据虎克定律计算出形变就可以得到被测物的含量，这就是DC检测法，一般只能用于气体样品。AC检测法是通过检测换能元件振动的频率响应变化来检测被测物的含量，当被测生物分子被特异性结合而吸附于换能元件上后，其分子质量引起换能元件的共振频率减小，通过共振频率的变化可以进行生物分子的定量分析。AC检测法可以克服换能元件在液体中的形变漂移对测量的影响，适合在液体中应用。然而，在很多情况下，由于生物分子的质量很小，它引起的换能元件的共振频率的变化很难被检测到。
由此可见，对于以质量变化为检测手段的生物传感器，作为其中换能元件比如微悬臂梁，它相对于被测物生物分子的振动频率参数直接影响到生物传感器的检测灵敏度。但是，目前所生物传感器所用到的生物分子，由于其质量很小，所以，会导致其表面应力也很小，因此，直接影响换能元件的形变程度，直至影响检测灵敏度。
这确实是生物传感器领域中亟待解决的一个重要问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述现有技术存在的缺陷，而提出一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，利用金微球使被测生物分子的质量放大成百上千倍，检测灵敏度也就可以提高成百上千倍，由此可以用于构建多种生物传感器。
本发明提出了一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，通过金微球和亲和素将生物素分子以三明治式分子特异性识别方式吸附在以质量变化为检测原理的换能元件前端，提高被测物生物分子的质量，该方法包括以下步骤：
第一步，将生物素分子固化在微悬臂梁的前端；
第二步，在溶液中的被测亲和素分子与生物素分子完成特异性结合；
第三步，将生物素分子固化在金微球表面；
第四步，金微球在溶液中与被测亲和素结合，金微球就以三明治式结合分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端。
与传统技术中有关该技术的惯用技术手段不同，本发明利用通过一种设计结构的转换，从而大大增加了微悬臂梁所能产生的形变，即振动频率大大提高，所以，很好地取得了提高检测灵敏度的效果。
下面将结合实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。
附图说明
图1为本发明所提出的一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法的被测生物分子质量放大操作示意图；
图2本发明所提出的一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法的基于生物分子质量放大的生物传感器工作电路原理图。
具体实施方式
下面以生物素为识别元件，以亲和素为被测物的为例进行本发明一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法的技术方案说明。
如图1所示，为本发明所提出的一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法的被测生物分子质量放大操作示意图。第一步，如图1(a)所示，生物素分子被固定化在微悬臂梁的前端；第二步，如图1(b)所示，在溶液中的被测亲和素分子与生物素分子特异性结合；第三步，如图1(c)所示，在金微球表面也固定化生物素分子；第四步，如图(d)所示，金微球在溶液中与被测亲和素结合，这样，金微球就以“三明治”式分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端。使用压电驱动器可以使微悬臂梁(换能元件)产生振动，通过检测其频率响应在亲和素与生物素结合前以及金微球吸附后的变化可以检测亲和素的含量。这种使金微球以三明金微球就以“三明治”式分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端的方法，因此通过一种设计结构的转换，从而大大增加了微悬臂梁所能产生的形变，即振动频率大大提高，所以，很好地取得了提高检测灵敏度的效果。
在本发明中，选择金微球的粒度要考虑以下因素：首先是被测生物分子和生物识别元件间的特异性结合力的大小成正比；第二，经理论和实验研究，得到微悬臂梁在振动过程中作用在“三明治”式特异性结合体(包括金微球在内)上的最大的力；第三，金微球在微悬臂梁振动过程中不会使特异性结合体破裂。在满足以上条件下，使金微球的粒度达到最大。这既可以保证最大的检测灵敏度，同时，由于分子间非特异性结合力远小于特异性结合力，使用较大的金微球可以通过振动去除因非特异性结合吸附在微悬臂梁上的金微球和被测分子。
本实施例，金微球和微悬臂梁表面生物素的固定化方法为：对金微球表面采用3，3′二巯基硫代丙酸的自组装技术，即通过乙基-3碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基磺基琥珀酰亚胺(NHS)偶联剂实现；微悬臂梁表面的生物素固定化技术可以用交联蛋白法或白蛋白偶联法，也可以表面镀金后使用和金微球同样的固定化技术。
在这种基于生物分子质量放大的换能技术中，生物分子的质量被金微球以“三明治”式分子特异性结合而放大。由于金微球的参与，被测生物分子的质量被放大成百上千倍，检测灵敏度也就可以提高成百上千倍，本发明以生物素——亲和素体系(Biotin-Avidin System:BAS)为分子识别机制，重点研究生物分子的金微球质量放大原理的微悬臂梁换能技术。该种换能技术可达单分子灵敏度，而且结构精巧、便携，它的研制成功可以用于多种生物传感器的构建。
如图所示，为本发明所提出的一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法的基于生物分子质量放大的生物传感器工作电路原理图。其中，与微悬臂梁结合的为生物分子、亲和素分子，以及“三明治式”结合的金微球，控制电路部分与现有技术中的其他生物传感器采用类似的电路设计。
以上内容仅为本发明的实施例，其目的并非用于对本发明所提出的系统及方法的限制，本发明的保护范围以权利要求为准。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，通过金微球和亲和素将生物素分子以三明治式分子特异性识别方式吸附在以质量变化为检测原理的换能元件前端，提高被测物生物分子的质量，该方法包括以下步骤：
第一步，将生物素分子固化在微悬臂梁的前端；
第二步，在溶液中的被测亲和素分子与生物素分子完成特异性结合；
第三步，将生物素分子固化在金微球表面；
第四步，金微球在溶液中与被测亲和素结合，金微球就以三明治式结合分子特异性识别方式吸附在微悬臂梁前端。
2.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，所述金微球的粒度选择需满足三个条件：
被测生物分子和生物识别元件间的特异性结合力的大小成正比；
能够与被测物及微悬臂梁构成三明治式特异性结合体；
3.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，所述金微球和微悬臂梁表面生物素的固化的步骤还进一步包括以下步骤：对该金微球表面通过乙基-3碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基磺基琥珀酰亚胺NHS偶联剂进行自组装。
4.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，所述将生物素分子固化在微悬臂梁的前端的步骤还进一步包括以下步骤：采用交联蛋白法进行固化。
5.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，所述将生物素分子固化在微悬臂梁的前端的步骤还进一步包括以下步骤：采用白蛋白偶联法进行固化。
6.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，所述将生物素分子固化在微悬臂梁的前端的步骤还进一步包括以下步骤：在生物素分子表面镀金后，通过乙基-3碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基磺基琥珀酰亚胺NHS偶联剂进行自组装。
7.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，以质量变化为检测原理的换能元件采用微悬臂梁。
8.如权利要求1所述的应用于生物传感器的生物分子质量放大方法，其特征在于，以质量变化为检测原理的换能元件还可以采用压电晶体。
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| CN 200510133693 CN1828297A (zh) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 一种应用于生物传感器的生物分子质量放大方法 |
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Publications (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101963564A (zh) * | 2010-08-20 | 2011-02-02 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种手性传感器及其制备方法 |
| CN103667039A (zh) * | 2012-09-10 | 2014-03-26 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种用于基因检测的质量型传感器及其制备方法和应用 |
| CN108469399A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-08-31 | 南京煦源生物科技有限公司 | 固相表面与溶液的运动方式及运动装置 |
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2005
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| CN103667039B (zh) * | 2012-09-10 | 2015-05-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种用于基因检测的质量型传感器及其制备方法和应用 |
| CN108469399A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-08-31 | 南京煦源生物科技有限公司 | 固相表面与溶液的运动方式及运动装置 |
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