DNA生物傳感器芯片實(shí)時(shí)檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，由加州大學(xué)圣地亞哥分校（University of California San Diego）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出一款芯片，能夠檢測(cè)到一種被稱為單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，以下簡(jiǎn)稱SNP）的基因突變，該芯片能夠?qū)⒔Y(jié)果實(shí)時(shí)、無(wú)線傳輸?shù)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1247/" target="_blank">電腦、智能手機(jī)或其它電子設(shè)備。芯片感測(cè)SNP的靈敏度至少是目前可用技術(shù)的1000倍。

基于石墨烯的SNP檢測(cè)芯片將信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)?a target="_blank">智能手機(jī)

《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）于7月9日?qǐng)?bào)道了研究團(tuán)隊(duì)的成果，此項(xiàng)研究為價(jià)格更低、速度更快、便攜性更強(qiáng)的生物傳感器實(shí)現(xiàn)及早檢測(cè)出如癌癥等疾病遺傳標(biāo)記鋪平了道路。

SNP被視為DNA序列中單核苷酸堿基（A、C、G或T）的變化。這是典型的基因突變類型。大多數(shù)SNP對(duì)健康沒有明顯影響，但也有少數(shù)會(huì)增加發(fā)生病理狀況的風(fēng)險(xiǎn)，如糖尿病、癌癥、神經(jīng)退行性疾病、心臟病、自身免疫性疾病和炎癥性疾病。

傳統(tǒng)的SNP檢測(cè)技術(shù)有幾大限制：它們的特異性和敏感性相對(duì)較差；它們需要使用的儀器較為笨重；它們需要擴(kuò)增以獲得許多基因副本用于檢測(cè)；它們無(wú)法無(wú)線運(yùn)行。

由加州大學(xué)圣地亞哥分校研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)所創(chuàng)建的新型DNA生物傳感器是一款比指甲蓋還小的無(wú)線芯片，能夠檢測(cè)到溶液中極微量濃度的SNP。

加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布工程學(xué)院（Jacobs School of Engineering）生物工程、機(jī)械工程和材料科學(xué)系的教授Ratnesh Lal表示，“基于微型芯片的DNA電子檢測(cè)裝置可以對(duì)特定DNA序列和多態(tài)性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和按需檢測(cè)，以便及時(shí)診斷或預(yù)測(cè)即將發(fā)生的健康危機(jī)，包括基于病毒和細(xì)菌感染的流行病?！?/p>

芯片本質(zhì)上捕獲包含特定SNP突變的DNA鏈，然后產(chǎn)生能夠無(wú)線傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備的電信號(hào)。它包括石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特殊設(shè)計(jì)的雙鏈DNA可以附著在表面上。這段DNA在中間彎曲，其形狀像是一把鑷子。這些“DNA鑷子”一面用于特定SNP的編碼。每當(dāng)具有該SNP的DNA鏈接近時(shí)，它與“DNA鑷子”的那一側(cè)結(jié)合，將其打開并引起電流變化，通過石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行感測(cè)。

該項(xiàng)目由Lal主導(dǎo)，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)工程研究院、中國(guó)科學(xué)院、賓夕法尼亞大學(xué)、德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所（Max Planck Institute for Biophysical Chemistry）和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)都參與了這一研究。

DNA鏈置換

驅(qū)動(dòng)該技術(shù)的是一種被稱為DNA鏈置換的分子過程。其中的DNA雙螺旋交換其中一條鏈用于新的互補(bǔ)鏈。在這種情況下，“DNA鑷子”用一條特定的SNP交換其中的一條鏈。

由于“DNA鑷子”的特殊設(shè)計(jì)而使上述描述成為可能。其中一條鏈?zhǔn)恰罢！辨湥渑c石墨烯晶體管結(jié)合并包含用于特定SNP的互補(bǔ)序列。另一條是“弱”鏈，其中一些核苷酸被不同的分子取代以弱化其與正常鏈的結(jié)合。包含SNP的鏈能夠更有力地附著于正常鏈并移除弱鏈，使得“DNA鑷子”具有可以被石墨烯晶體管輕松感測(cè)到的凈電荷。

全新改進(jìn)后的SNP檢測(cè)芯片

該研究基于Lal團(tuán)隊(duì)此前與加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)工程研究院研究科學(xué)家Gennadi Glinksy，以及其它加州大學(xué)圣地亞哥分校研究人員合作開發(fā)的第一款無(wú)標(biāo)記和無(wú)擴(kuò)增的電子SNP檢測(cè)芯片。全新的芯片具有額外的無(wú)線功能，至少比其前身靈敏1000倍。

“DNA鑷子”的設(shè)計(jì)賦予新款芯片的高度靈敏度。當(dāng)包含SNP的鏈附著時(shí)，它打開“DNA鑷子”，改變它們的幾何形狀，使它們幾乎平行于石墨烯表面。DNA的凈電荷接近石墨烯表面，從而產(chǎn)生更大的信號(hào)。相反，嵌入先前芯片中的DNA探針具有不能接近石墨烯表面的結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)合包含SNP的鏈時(shí)產(chǎn)生較弱的信號(hào)。

展望未來，研究人員計(jì)劃設(shè)計(jì)能夠在單次檢測(cè)中檢測(cè)多達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)SNP的陣列芯片。未來的研究還將涉及到測(cè)試從人類或動(dòng)物身上采集血液和其它體液樣本的芯片。