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      掃描式 DNA 感應(yīng)器

      放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-09-20
      莫金教授的研究群發(fā)表的掃描式 DNA 感應(yīng)器,是以金納米粒子的呈色為基礎(chǔ)。它的原理是以人工合成兩種不同長度的單股 DNA 序列,各為 12 個(gè)與 15 個(gè)堿基,將它們分別固定在玻片與直徑約為 13 納米的金納米粒子上,在金納米粒子上所連接的 DNA 序列稱為探針序列,另外在載玻片上的DNA序列稱為捕捉序列。這兩種 DNA 序列可分別與欲測樣品中具有 27 個(gè)堿基長度的標(biāo)的 DNA 的兩端互補(bǔ)配對,形成類似三明治般的構(gòu)造。

      如同一般的基因芯片,掃描式 DNA 感應(yīng)器是預(yù)先在載玻片上將許多不同的 DNA 序列 a、c、d、e 等予以固定。其中只有序列 a 才能與標(biāo)的 DNA 序列(ab)的一端形成互補(bǔ)配對。三者混合后,序列 ab 分別和玻片上序列 a 與金納米粒子上的 b 形成結(jié)合。再用緩沖溶液將未配對或多余的 DNA 序列清除。若樣品中標(biāo)的 DNA 序列的濃度夠高,則會顯出淡淡的粉紅色,再以含有硝酸銀的溶液處理,由于金納米粒子可促進(jìn)銀的沉積,便可呈現(xiàn)黑色。

      利用此種配對原理,可將金納米粒子間接地固定在玻片上。當(dāng)其序列間的堿基能完全互補(bǔ)配對時(shí),其結(jié)合力最強(qiáng),若無法完全配對時(shí),結(jié)合力即減弱,因此可借著增加溫度,而使得非標(biāo)的 DNA 序列脫離。

      在經(jīng)過增溫處理以確定僅存專一性結(jié)合后,存在的足量金納米粒子會使樣品呈現(xiàn)粉紅色(樣品莫耳濃度為 10-8、未以銀離子顯影液處理者),但是當(dāng)樣品中的標(biāo)的 DNA 濃度降低時(shí),粉紅色即變淡,無法以肉眼覺察(樣品莫耳濃度為 10-10、未以銀離子顯影液處理者)。

      為了解決這個(gè)問題,研究人員發(fā)現(xiàn)可加入含有銀離子的顯影液。因?yàn)榻鸺{米粒子可促進(jìn)銀離子與顯影液中所含還原劑(氫)之間的反應(yīng)而生成還原態(tài)的銀,銀的沉積會顯出黑色,不但容易辨識,而且可用一般傳統(tǒng)的光學(xué)掃描儀器偵測。利用所得深淺不同的結(jié)果以灰階加以相互比較,就可區(qū)別樣品間濃度的高低,甚至能輕易地以肉眼觀察,因此大大提升了敏感度。即使當(dāng) DNA 序列間的差異只有一個(gè)堿基時(shí),都能區(qū)分出來。

      由此掃描式 DNA 感應(yīng)器所檢測的結(jié)果顯示,在較低溫時(shí)(攝氏 40 度),除了正確配對的堿基 A 之外,其它三種錯(cuò)誤的 G、T、C 堿基對亦可結(jié)合。但是當(dāng)溫度提升至攝氏 50 度時(shí),僅有正確的腺嘌呤(A)仍然維持配對狀態(tài),其它三種(亦即 G、T、C)的呈色會消失,因此決定選擇性的溫度是攝氏 50 度。若是溫度繼續(xù)升高至攝氏 60 度,即使是含有正確的腺嘌呤(A)的 DNA 序列也會脫離,而導(dǎo)致呈色完全消失。

      以熒光為呈色的方法雖也有類似的結(jié)果,但是增溫范圍太。〝z氏 15 度至 35 度),決定專一性結(jié)合的溫度也較掃描式 DNA 感應(yīng)器來得低。因此,溫度的變化只要高于正確結(jié)合的溫度攝氏 35 度,就會導(dǎo)致專一性結(jié)合的 DNA 序列脫離而使得呈色減弱。此外,由于實(shí)驗(yàn)過程中需要反復(fù)地以溶液沖洗,當(dāng)正確序列結(jié)合的溫度太接近室溫時(shí),會使得部分專一性與非專一性結(jié)合的 DNA 序列較容易一起被洗掉,因此其呈色普遍性地較為微弱。

      由于掃描式 DNA 感應(yīng)器的專一性結(jié)合溫度較高,就可以避免這種困擾。其敏感度較一般以螢光劑為呈色的方法高 100 倍,而且對于單一堿基錯(cuò)誤配對的選擇性也高出 3 倍。同時(shí),因?yàn)閽呙枋?DNA 感應(yīng)器的敏感度較高,對于樣品的量要求也就較低,因此優(yōu)于一般以螢光呈色的 DNA 感應(yīng)器。

      以掃描式 DNA 感應(yīng)器來偵測樣品中的 DNA 序列時(shí),樣品中的標(biāo)的 DNA 序列的濃度高低雖然可藉由灰階來推測,但是其結(jié)果僅能以黑白二色呈現(xiàn),因此每次能檢測的種類數(shù)目受到較大的限制。以螢光分子為標(biāo)幟的偵測法中能有顏色上的變化,較受一般檢驗(yàn)人員的歡迎,而且若能以彩色呈現(xiàn),就可以容許在檢驗(yàn)樣品中一次含有多種待測的 DNA 序列,因此,如何將黑白變?yōu)椴噬妥兂裳芯咳藛T的下一個(gè)目標(biāo)。
       

       

       
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