基于目标响应结构与表面诱导延伸放大的电化学基因传感器(3)

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1.2 捕获探针设计

捕获探针是与目标DNA进行选择性杂交的一段DNA片段，捕获探针的好坏直接影响这目标DNA的检测，因此设计符合要求的捕获探针是非常重要的一步。在设计捕获探针时，不仅要设计好捕获探针的碱基序列而且要选用最优的捕获探针结构。在电化学DNA传感器的发展过程中，出现了不同结构的捕获探针，大致有以下几类：文献综述

1.2.1 线性探针

线性捕获探针是指能以直链的形式固定到电极表面的捕获探针如图1.2所示。线性捕获探针是最早出现的捕获探针，已经有了几十年的历史，在发展的过程中也出现了一些用于设计线性探针的软件。这些专门的软件通过检索特定的DNA数据库中检索符合需求的基因序列来设计DNA探针。线性捕获探针虽然发展的比较成熟，但也存在一些缺陷：（1）固定长度的捕获探针对与短链的扩增子有比长链扩增子更高的灵敏度，当扩增子的长度超过一定范围后将不能被特异性识别。而在菌种的鉴定过程中，往往需要识别较长链的扩增子，这就使线性探针的设计面临着挑战。（2）捕获探针的长度对目标DNA的杂交效果也有影响，一般来说探针长度在18-25 mer的时候，对目标DNA的杂交效果较好。如何设计出有好的杂交效果的长链探针以提高特异性将成为另一个挑战。

线性探针

在简单的线性探针的基础上，还出现了修饰过的DNA线性探针。Immoos等[2]设计出的DNA-PEG-DNA的三嵌段结构探针，如图1.3所示。所谓三嵌段结构是指首先在电极表面固定一段能与目标序列互补的DNA序列，然后连接上PEG，再连接上一端带有标记物的DNA序列（如图1.3）。当目标基因不存在的时候，标记物远离电极表面，电化学信号弱；当目标基因存在时，目标基因与捕获探针两端的DNA片段杂交，捕获探针末端的标记物被拉向电极表面，电化学信号增强。这种使用信号增强策略的探针有较高的灵敏度（检测下限达到了200 pM），但是它的合成过程比较复杂。

三嵌段结构探针源:自~751·论`文'网·www.751com.cn/

除了单链的DNA捕获探针外，Xiao等[3]还设计了一种以双链DNA分子构成的线性探针（如图1.4）。这类捕获探针是由两端各有一部分碱基互补的捕获探针和信号探针构成的刚性双链DNA分子。这个刚性结构一端固定在电极表面，另一端标记了亚甲基蓝。当目标基因不存在时，双链的DNA结构使末端的亚甲基蓝远离电极表面，只有很小的电化学信号（本底信号）；当目标基因存在时，目标基因竞争性地杂交到捕获探针上，标有亚甲基蓝的信号探针的一端被释放开，与电极表面相碰撞，产生强的电化学信号。这种刚性的双螺旋探针大大降低了电化学DNA传感器的本底信号，从而提高了检测的灵敏度（检测下限达到了400 fM），比使用DNA-PEG-DNA结构探针的传感器提高了三个数量级。