组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
β-地中海贫血相关β-珠蛋白基因点突变（beta-thalassemia-related beta-globin gene point mutations，含 -28 A→G、-29 A→G、IVSI5 G→C、IVSI1 G→T、Cd26 GAG→AAG、IVSII654 C→T）；样品基质：患者基因组DNA（genomic DNA，PCR扩增产物）
检测原理
该传感器以空间可寻址微珠实现多重DNA杂交检测。链霉亲和素聚苯乙烯微珠被固定在聚丙烯酰胺凝胶垫中，5′-生物素标记的等位基因特异性探针通过生物素-链霉亲和素作用结合到微珠表面，分别识别野生型或突变型β-珠蛋白基因序列。患者基因组DNA先经PCR和不对称PCR扩增，生成Cy3标记的单链DNA片段；片段与芯片探针杂交后，完全互补结合产生较强荧光，错配结合较弱。落射荧光显微镜采集各微珠荧光强度，并通过空间地址区分不同探针。野生型与突变型探针信号相近提示杂合，野生型显著高于突变型提示野生纯合，突变型显著高于野生型提示纯合突变。PCR扩增提供目标放大，Cy3荧光提供光学读出。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该装置对7例患者DNA样品（6例杂合突变和1例IVSII654纯合突变）均正确基因分型。杂合样品中野生型与突变型探针荧光强度无显著差异，t检验p>0.05，仅IVSII654约p=0.01；无突变位点时野生型信号显著高于突变型，p<0.001；纯合突变样品突变型信号显著高于野生型，p<0.0001。6种常见突变可在30 min内完成杂交检测，东南亚β-珠蛋白基因型分析总时间<3 h，样品体积<10 μL。相比传统PCR后电泳、色谱、测序或微阵列方法，该芯片无需微流控和颜色编码，制备简单、成本低、探针组可扩充。作者认为其可作为快速β-地中海贫血携带者筛查工具，但仍需先PCR和不对称PCR。
传感器的构成
- 基底/成像载体：玻璃载玻片（glass slide），提供光学透明平面支撑。
- 聚合物固定矩阵：光聚合制备的聚丙烯酰胺凝胶（polyacrylamide gel），含方形凝胶垫和微柱，用于固定微珠并赋予空间地址。
- 微珠载体：9.95 μm 链霉亲和素修饰聚苯乙烯微珠（streptavidin-modified polystyrene beads），通过生物素-链霉亲和素作用固定探针。
- 识别元件：5′-生物素标记的等位基因特异性寡核苷酸探针（allele-specific oligonucleotide probes），分别靶向野生型或突变型β-珠蛋白基因序列。
- 信号标记物：Cy3 标记的 PCR 引物扩增产物（Cy3-labeled PCR products），杂交后提供荧光信号。
- 杂交介质：500 mM NaCl 和 30% 甲酰胺（formamide）溶液，维持杂交条件并辅助洗脱非特异结合。
- 读出系统：落射荧光显微镜（epifluorescent microscope）、100 W 汞灯、荧光滤片组、冷却 CCD 相机和 MetaMorph 软件，采集并定量微珠荧光强度。
中文摘要
本文验证了一种简单的玻璃-聚合物微珠基生物传感器，用于检测β-地中海贫血相关突变。芯片上固定了不同类型微珠，每类微珠携带靶向β-珠蛋白基因特定突变的等位基因特异性探针，并依据其在芯片上的空间地址加以区分。携带β-珠蛋白基因单核苷酸转换或颠换的基因组DNA样品先经PCR和不对称扩增，扩增引物带有Cy3荧光标记，随后与芯片杂交，并在落射荧光显微镜下检测。根据野生型探针与突变型探针之间的荧光强度差异或相似性，可识别杂合或纯合突变。该装置在30 min内成功检测出全部6种常见β-珠蛋白基因突变。通过引入额外探针组，可方便扩展芯片上靶向突变的数量。
英文摘要
A simple glass-polymer bead-based biosensor was validated for the detection of beta-thalassemia mutations. Different bead types, each carrying allele-specific probes targeting a particular mutation on the beta-globin gene, were immobilized and distinguished on the chip based on their spatial addresses. Genomic DNA samples carrying various single nucleotide transitions and transversions in the beta-globin gene were subjected to polymerase chain reaction and asymmetric amplification in the presence of Cy3-labeled primers, followed by hybridization onto the chip and detection under an epifluorescent microscope. Mutations that were heterozygous or homozygous were easily detected on the device based on the signal intensity difference (or similarity) between the wildtype and mutant probes. This device successfully detected all six common beta-globin gene mutations within 30 min. The number of targeted mutations on this chip can be easily expandable through the introduction of additional probe sets.