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生物条码

/bio-bar code/
最后更新 2024-10-29
浏览 175
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基于不同寡聚核苷酸序列编码不同识别元件而进行多元分析的方法。

英文名称
bio-bar code
所属学科
化学

条码又称条形码,指将宽度不等的黑白条按一定的编码规则排列,用于表达某种信息的图形标示符。第一个数字条形码是美国人N.J.伍德兰[注]B.西尔弗[注]1952年提出的专利技术,1963年《控制工程》杂志刊登了描述各种条形码技术的文章,1974年第一个扫描器读取数字条码被安装在俄亥俄州的一个超市内,很快便成为行业标准和最广泛使用的方法,用于识别上百万计产品的信息。1995年,有人提出用条码标签识别生物分子,条码的基底包括微芯片、硅、二氧化硅或金属等。然而,这些材料缺乏生物相容性。生物条码的概念和技术是2002年C.A.米尔金[注]等提出的。他们利用寡核苷酸作为生化条形码用于检测溶液中两种抗体,从概念上验证了生物条码的可行性和实用性。实际上,生物条码最成功的应用,通过对生物条码进行检测,使检测限达到了10-18摩/升,达到了聚合酶链式反应(PCR)的灵敏度。此后生物条码技术在多元分析检测中得到快速发展。生物条码实际上就是利用DNA序列不同进行区分,因此生物条码又称DNA条码。2002年,D.陶茨[注]提出了基于DNA序列的生物分类学。2003年,P.D.N.赫伯特[注]选择动物线粒体COI基因作为条形码进行动物鉴定并获得成功,使DNA条码技术得到实质性进展,生物学界普遍认为他是DNA条形码技术的创立者。可见无论是生物条码,DNA条码和生命条码,实际上都是利用DNA序列的不同进行区分的一种技术。国际生命条码计划到2016年底完成50万个物种的DNA条码测定。

每种蛋白质的识别元件采用不同的寡聚核苷酸序列编码,寡聚核苷酸杂交及解链都伴随有光谱性质的变化。光谱变化与纳米金的团聚及分散有关,纳米金上修饰寡聚核苷酸1,半抗原上修饰寡聚核苷酸2,编码DNA两端分别与寡聚核苷酸1和2互补杂交,抗体存在时,抗体与半抗原作用,导致纳米金聚集体的形成,纳米金溶液颜色从红色变为紫色,颜色变化程度与抗体浓度成正比,对于多元分析,可通过熔链温度进行区分,解链之后,将编码DNA分离并解码,便可对不同蛋白质区分开,这是生物条码的基本原理。2003年引入磁珠后,利用纳米金标记多抗,磁珠标记单抗,被测抗原存在时,形成三明治夹心结构。由于生物条码结合在纳米金表面的核酸上,因而一颗纳米金便有较多生物条码,有利于提高检测灵敏度,另外由于磁珠的引入,使得分离富集更简便、效率不断提高。

生物条码

自2002年提出生物条码的原型实验后,后续不断改进和完善,使检测灵敏度大大提高,磁珠的引入,分离效果更好。无论是检测多个蛋白,还是检测DNA,均可到达PCR相同的灵敏度;利用纳米金获取的是吸收或散射信号,他们后来还成功将荧光信号引入此技术用于蛋白质的检测,采用生物条码纳米探针检测了多个DNA及多个癌症相关蛋白质,微流控芯片上高灵敏蛋白质的实现,为生物条码用于临床诊断迈出了更坚实的一步,认为基于纳米的生物条码法将重新定义“无法检测”前列腺癌及前列腺癌根治术后生化复发,利用该技术,可以在早期比较容易地鉴定生化复发,更容易地监测救治效果及调整治疗方案。此外还建立了早期高灵敏检测人类免疫缺陷1型衣壳蛋白p24的基于纳米粒子的生物条码技术,他们在病毒检测的同时,开展了细菌检测研究,形成了一个完整的研究体系。一些微型化装置也被研制出来,如与微流控技术结合的微型化装置,包括微泵、磁分离室、毛细管电泳通道等,基于生物条码分析的多元生化试剂检测,可在30分钟内给出高灵敏度的检测结果。有人将生物条码与磁珠结合信号放大分析,同时将磁珠作为抑制或延缓阿尔茨海默病肽单体组装成低聚物和细纤维。

在开展生物条码基础研究的同时,2002年1月,耶达研发有限公司便将BIOBARCODE注册为商标,该产品主要是含有DNA引物的试剂盒,用于鉴定和监测遗传标记的分布和蔓延。Applied BioCode公司开发、生产和销售条形码磁珠和检测系统,用于高通量核酸或蛋白质检测,其技术提供多达4096个独特的数字码,并具有无可比拟的解码精度。非常适合用于临床诊断,如检测传染性病原体和癌标志物,也可用于生命科学研究和农业检测市场。

与PCR技术相比,生物条码一样可以检测痕量样品和PCR放大,且应用范围更广,可用于无机离子、小分子、DNA、RNA和蛋白质等检测。其具有的简便、快速、灵敏和低成本的特点,很适合用于临床检验和农业检测市场等。

  • 陈执中.蛋白质组学研究的新分析技术及其应用.北京:中国医药科技出版社,2011.

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