通过靶标耗尽提升DNA表面杂交生物传感器性能

DNA表面杂交生物传感器利用溶液中靶标序列与表面固定探针的选择性杂交。在此过程中，通常假设靶标过量，从而其浓度在与表面结合探针杂交时不会发生显著变化。若靶标初始浓度较低和/或探针数量极大且对靶标亲和力高，溶液中的DNA可能会被耗尽。本文通过扩展Langmuir吸附模型，分析了强靶标耗尽情况下DNA生物传感器的平衡与动力学。我们特别关注在溶液中检测少量单核苷酸“突变”序列（浓度$c_2$），该序列与丰富的“野生型”序列（浓度$c_1 \gg c_2$）存在一个或多个核苷酸差异。我们表明耗尽可显著增强生物传感器的灵敏度。使用具有代表性的速率常数和杂交自由能数值，我们发现，在耗尽 regime 下可检测的相对浓度$c_2/c_1$比传统方法小至多三个数量级。动力学异常丰富，表现出在无耗尽情况下没有对应物的非单调吸附。最后，我们表明，除增强检测灵敏度外，该方法通过大幅提高突变序列相对于野生型序列的相对量，提供了样品富集的可能性。