基于微流控技术的DNA超灵敏检测平台的开发文献综述

 2022-12-22 07:12

1.二维材料与纳米荧光猝灭剂

二维材料是由单层或少数层(通常为十个或更少)原子或分子层组成的薄片材料,层内由较强的离子键或共价键连接,作用力较强,而层与层之间的相互作用通常是较弱的范德华力。研究发现,元素周期表中一些III-V族元素,如硼、碳、硅、锗、锡、铅、磷、砷、锑、铋可形成具有层状结构的块状固体,利用这些元素制备出的二维材料有石墨烯、硅烯、锗烯、磷烯、硼烯、过渡金属二硫化物、过渡金属碳氮化物等。在当下纳米材料与生物分子识别耦合已经成为纳米技术向新型分子诊断工具发展的新方向的大趋势。1二维材料作为一种纳米材料,由于其优异的机械性能、导电性、较大的表面积与体积比以及易于功能化等优点,过去一直在电子、传感器和能源设备等领域有着成功的应用。2随着研究得深入,科学家发现一些二维材料纳米片有着较大的比表面积、高效的荧光淬灭效率3以及良好的生物相容性,使得人们把目光投向了二维材料在生物检测方面的应用。所谓荧光猝灭是指导致特定物质的荧光强度和寿命减少的所有现象,二维材料与特定的生物大分子结合便可掩盖大分子本身的荧光效应导致荧光猝灭。

2.二维材料研究进展

石墨烯是由碳原子构成的单原子层材料,自单原子层材料石墨烯被剥离以来,层状石墨烯等二维材料因其独特的性能得到了许多应用,具有载流子迁移率高、机械强度高、比表面积大、热导率高等特性。4 氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种衍生物,因其与DNA的特殊相互作用以及对各种染料的高效荧光猝灭作用,已被用于搭载一种灵敏的、选择性的荧光DNA检测平台。由于氧化石墨烯具有极高的猝灭效率,荧光单链DNA探针展现出极低的荧光背景,而当荧光探针与特定靶标形成双螺旋结构时,会产生很强的荧光散射,导致高信噪比。重要的是,氧化石墨烯的较大的表面上可以同时淬灭多个标记有不同染料的DNA探针,从而产生多色传感器,用于检测同一溶液中的多个DNA目标。研究还表明,该基于氧化石墨烯的传感平台适用于多种分析物的检测,并辅以功能DNA结构。1

二维金属二硫化物有着类似石墨烯的结构,这类材料层与层之间仅靠范德华力相互作用而紧密堆叠在一起,层间作用力小,故而易制备出单层纳米片状材料。在最近的研究中,以III-V族元素为代表的过渡金属二硫化合物(TMDs)的研究成果最为丰硕。其中最为引人关注的是二硫化钼(MoS2),研究人员发现单层MoS2纳米片能够通过碱基与纳米片基面的范德华力自发地结合单链DNA(ssDNA)。2基于该原理设计了与荧光标记探针完全互补的DNA(pcDNA),当在MoS2纳米片存在的情况下只有ssDNA与pcDNA结合形成双螺旋结构才能形成荧光效应,其余的单链DNA都将吸附在纳米片上从而产生荧光猝灭,猝灭强度在10倍以上,该过程的高度专一性使得DNA的检测具有高度特异性以及高灵敏度,充分展现出二维材料用于DNA检测的优势。5

随着研究深入,这些纳米材料的一些固有缺陷的限制便显现出来,如石墨烯中缺少带隙,6二硫化钼中载流子迁移率相对较低。7自2014年发现黑磷以来,由于其独特的结构和性质,引发了人们极大的研究兴趣。在单层黑磷(也称为磷烯)中,每个磷原子与三个相邻的磷原子共价结合,从而形成沿z形方向的双层结构和沿扶手椅方向的折叠结构。8磷烯表现出一个直接的和可调节的带隙,这取决于层的数量(多层:~0.3 eV,双层:~1.88 eV,单层:~2.0 eV)。由于多层磷烯层之间存在较弱的范德华力,磷烯很容易剥落成单层或多层纳米片。磷烯带隙的调节范围宽,可广泛吸收可见光、红外和紫外区域的光,因此与其他2D材料相比,它具有优异的光学性能,可用于荧光和比色检测各种类型的生物分析物(如DNA、蛋白质和无机离子)。这种独特的光学性质也使磷烯能够有效地应用于生物传感、光声成像、光动力治疗、光热治疗和药物递送等领域。9

3.微流控技术

微流控技术指的是使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术,因为具有微型化、集成化等特征,微流控装置通常被称为微流控芯片。微流控技术能够高效、快速、精确地控制和处理小体积的液态样本,为开发简单、超灵敏、高选择性、低成本的生物传感器提供了广阔的前景。5此前,科学家报道了一种新型的微流控生物传感器,该传感器使用单层的二硫化钼纳米薄片作为纳米探针进行荧光DNA检测,通过在微流控芯片中设计“之”字型微通道,实现了可用于低至~fmol的目标DNA的快速、可视化检测。2

References

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

以上是毕业论文文献综述,课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。