莫金教授的研究群發表的掃描式 DNA 感應器，是以金納米粒子的呈色為基礎。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 個與 15 個鹼基，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線的 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 個鹼基長度的標的 DNA 的兩端互補配對，形成類似三明治般的構造。
基本介紹
- 中文名：掃描式DNA感應器
- 提出者：莫金教授
- 基礎：金納米粒子的呈色
- 原理：人工合成兩種單股 DNA 序列
優點,原理,其他相關,
優點
如同一般的基因晶片，掃描式DNA 感應器是預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 才能與標的 DNA 序列（ab）的一端形成互補配對。三者混合後，序列 ab 分別和玻片上序列 a 與金納米粒子上的 b 形成結合。再用緩衝溶液將未配對或多餘的 DNA 序列清除。若樣品中標的 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，由於金納米粒子可促進銀的沉積，便可呈現黑色。
原理
利用此種配對原理，可將金納米粒子間接地固定在玻片上。當其序列間的鹼基能完全互補配對時，其結合力最強，若無法完全配對時，結合力即減弱，因此可借著增加溫度，而使得非標的 DNA 序列脫離。
在經過增溫處理以確定僅存專一性結合後，存在的足量金納米粒子會使樣品呈現粉紅色（樣品莫耳濃度為 10-8、未以銀離子顯影液處理者），但是當樣品中的標的 DNA 濃度降低時，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）。
為了解決這個問題，研究人員發現可加入含有銀離子的顯影液。因為金納米粒子可促進銀離子與顯影液中所含還原劑（氫）之間的反應而生成還原態的銀，銀的沉積會顯出黑色，不但容易辨識，而且可用一般傳統的光學掃瞄器器偵測。利用所得深淺不同的結果以灰階加以相互比較，就可區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 DNA 序列間的差異只有一個鹼基時，都能區分出來。
由此掃描式 DNA 感應器所檢測的結果顯示，在較低溫時（攝氏 40 度），除了正確配對的鹼基 A 之外，其它三種錯誤的 G、T、C 鹼基對亦可結合。但是當溫度提升至攝氏 50 度時，僅有正確的腺嘌呤（A）仍然維持配對狀態，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，而導致呈色完全消失。
以螢光為呈色的方法雖也有類似的結果，但是增溫範圍太小（攝氏 15 度至 35 度），決定專一性結合的溫度也較掃描式 DNA 感應器來得低。因此，溫度的變化只要高於正確結合的溫度攝氏 35 度，就會導致專一性結合的 DNA 序列脫離而使得呈色減弱。此外，由於實驗過程中需要反覆地以溶液沖洗，當正確序列結合的溫度太接近室溫時，會使得部分專一性與非專一性結合的 DNA 序列較容易一起被洗掉，因此其呈色普遍性地較為微弱。
其他相關
由於掃描式 DNA 感應器的專一性結合溫度較高，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，而且對於單一鹼基錯誤配對的選擇性也高出 3 倍。同時，因為掃描式 DNA 感應器的敏感度較高，對於樣品的量要求也就較低，因此優於一般以螢光呈色的 DNA 感應器。
以掃描式 DNA 感應器來偵測樣品中的 DNA 序列時，樣品中的標的 DNA 序列的濃度高低雖然可藉由灰階來推測，但是其結果僅能以黑白二色呈現，因此每次能檢測的種類數目受到較大的限制。以螢光分子為標幟的偵測法中能有顏色上的變化，較受一般檢驗人員的歡迎，而且若能以彩色呈現，就可以容許在檢驗樣品中一次含有多種待測的 DNA 序列，因此，如何將黑白變為彩色就變成研究人員的下一個目標。
來源: 生物科學資料庫
