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生物传感器在各方面的应用

来源:发布时间:2014-10-27

  1、气相方面的应用
  1959年,Sauerbrey的研究工作为压电传感器的研究奠定了基础,Sauerbrey提出的质量吸附和频率偏移公式也成为进行测量的基础。第一个用压电传感器进行分析的是King(1964)。随后出现了用压电传感器进行气体检测的一系列工作,J.F.Alder和J.J.McCallum对此作了详细的综述。在早期的气相分析中,传感器的表面都没有固定生物活性材料。1983年,Guilbault首先在压电传感器表面固定甲醛脱氢酶,用于甲醛的检测。1986年,Guilbault和NgehNgwainbi首先将免疫反应引入气相分析,他们在传感器表面固定抗-对硫磷抗体,进行对硫磷的检测。
  2、免疫方面的应用
  1972年,Shons等人早将压电传感器和免疫反应结合起来,研制了第一个压电免疫传感器。从这以后,出现了大量关于压电免疫传感器的研究和应用。到目前为止,压电免疫传感器已经被应用到临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境保护等众多领域。压电免疫传感器检测的对象包括细菌、病毒、蛋白质等等,具体有:
  1)细菌、病毒等微生物白色念球菌,肠细菌,肝炎病毒,埃希氏菌属大肠菌O139血型的霍乱病毒,口蹄疫病毒FMDV,沙门氏肠道病菌,葡萄球菌肠毒素,巨细胞病毒
  2)人体蛋白质IgG,IgA,IgM,IgE,胰岛素,人体免疫血清蛋白,甲胎蛋白。
  3)其它应用日本血吸虫,除草剂,牛血清白蛋白。
  3、DNA研究方面的应用
  用压电传感器进行DNA的检测是当前研究的一个热点,它已经被用于医疗诊断、病毒测定以及病理学等方面的研究。压电DNA传感器的设计原理是在传感器表面固定单链DNA,通过DNA分子杂交,对另一条含有互补碱基序列的DNA进行识别,结合成双链DNA。杂交过程的质量增加可以通过频率的改变来检测。与传统的DNA检测方法相比,压电传感器不需要标记,具有快速、操作简便的特点。
  传感器的应用中,常见的固定方法是用生物素-亲和素的方法。Su和Thompson等人将PdO溅射在传感器的金表面,然后把单链的DNA吸附在上面,进行杂化实验。另一中常见方法是用巯基修饰DNA,再与金表面结合。文献对各种固定DNA的方法作了对比。
  Fawcett早将压电传感器用于DNA的研。Okahata等人用27MHz的QCM作核酸的杂交动力学研究,测定了相关的动力学常数。他们还检测了各种影响杂交反应的因素,包括:错配碱基的个数、核酸链的长度、杂交温度、溶液离子强度。
  Furtado和Thompson在传感器表面固定25mer的核酸探针,分别与互补的核酸链、非互补的核酸链、单个碱基错配的核酸链进行杂交。实验表明传感器的响应能够区别互补和单个碱基错配的情况。Tombelli等用硫醇/右旋糖苷修饰金表面,再结合链球菌抗生素,固定23mer的核酸探针进行实验,也得到了同样的结论。Thompson的研究小组用32P作为标记,对杂交反应的结果进行检测。结果表明,由杂交反应产生的质量变化远远大于Sauerbrey公式估计的质量变化,这主要是由于杂交过程中边界性质的变化引起的。他们还用阻抗分析与流动注射分析结合的方法对杂交过程实时监测,研究DNA和RNA杂交的动力学。压电DNA传感器的检测对象还包括各种DNA片断:抗菌素M13,UVC(紫外)导致的DNA损坏,药物,细菌,病毒。
  为了提高压电DNA传感器的灵敏度,研究者设计了各种方法。Bardea等人用三种方法来放大信号:DNA结合物上加antiDNA抗体的方法、生物素-亲和素结合的方法、酶的方法,并用于检测TaySachs基因变异。L.Lin等人发现,用金胶粒在金表面形成覆盖,有利于DNA的固定,能提高传感器的灵敏度。Tombelli等人将传感器和PCR的方法结合在一起。肽核酸PNA与DNA有完全相似的结构,也可以用作杂交探针。与DNA探针相比,PNA探针具有杂交特异性好,时间短的特点。

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