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生物傳感器解決了檢測(cè)紫外線劑量的難題，但怎樣檢測(cè)紫外線照射的劑量值呢?很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)這也是檢測(cè)分析技術(shù)一直無(wú)法逾越的障礙。新研發(fā)的、基于人工合成DNA技術(shù)的生物傳感器將能幫助您解決這一難題。

圖1 來(lái)自太陽(yáng)光的紫外線輻射導(dǎo)致胸腺嘧啶二聚體進(jìn)入到DNA中。

　　紫外線會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期暴露在外的人體出現(xiàn)紅斑(曬傷)和結(jié)膜炎。近幾十年來(lái)，人們已經(jīng)知道短波紫外線對(duì)人體有著強(qiáng)烈的損傷作用，因此在生物化學(xué)層面上也對(duì)損傷產(chǎn)生的各種機(jī)理進(jìn)行了討論。終得出的結(jié)論是：可能導(dǎo)致細(xì)胞分裂失控、失去接觸抑制并因此而導(dǎo)致癌變。另一方面，短波紫外線對(duì)人類(lèi)健康的積極作用也是*的。沒(méi)有這部分短波陽(yáng)光人類(lèi)就無(wú)法產(chǎn)生促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)、發(fā)育所必須的維生素D。

　　另外，紫外線也與我們的心理健康有著密切的關(guān)系。紫外線有可能消除人體的炎癥、從而促進(jìn)患病機(jī)體的康復(fù)嗎?1988年時(shí)Hengst等人的研究成果就已經(jīng)表明：患有眼前房炎癥(葡萄膜炎)患者在受到紫外線照射后會(huì)明顯降低可的松的療效。瑞士名醫(yī)Paracelsus先生對(duì)紫外線這種*相反的作用做了如下總結(jié)：關(guān)鍵在于劑量!而劑量恰恰是我們每天接觸陽(yáng)光時(shí)遇到的一大問(wèn)題。因?yàn)橐_定有益于健康和有害于健康的比例是一件非常困難的事情。

　　用于紫外線照射檢測(cè)的人工合成DNA

　　紫外線照射會(huì)導(dǎo)致遺傳物質(zhì)DNA的損傷。其中包括了腺苷酸，鳥(niǎo)苷酸，胞苷酸和胸腺核苷酸四個(gè)核酸的編碼部分。不論是人類(lèi)、細(xì)菌、植物還是病毒，這四個(gè)核酸都是構(gòu)成生命和有機(jī)體的基本核酸序列，是所有生物的生命之源。波長(zhǎng)254納米的電磁波(紫外線波長(zhǎng)的一部分)會(huì)導(dǎo)致胸腺嘧啶二聚體進(jìn)入到DNA中。在兩個(gè)胸腺核苷酸偶然相接觸時(shí)，紫外線照射會(huì)在兩個(gè)相互接觸的堿基(熱點(diǎn))處形成環(huán)丁烷環(huán)(參見(jiàn)圖1)。

　　這種紫外線誘導(dǎo)反應(yīng)在兩個(gè)誘導(dǎo)循環(huán)周期之后的結(jié)果就是：基因突變，遺傳性基因發(fā)生了改變，并且顯性表現(xiàn)出來(lái)。除了這些常見(jiàn)的變化之外，還會(huì)在DNA水平中觀察到其他罕見(jiàn)的紫外線照射的影響(例如：GC 6.4產(chǎn)物)。

圖2 DNA基紫外線傳感器的校準(zhǔn)線。隨著劑量的增加qPCR的擴(kuò)增量減少（每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)n=3）。

　　在認(rèn)識(shí)到核酸可能出現(xiàn)的反應(yīng)之后，人們就有了人工合成DNA的想法，人工合成一種在紫外線照射檢測(cè)時(shí)含有大量相鄰胸腺核苷酸的DNA分子。當(dāng)紫外線照射了這些分子時(shí)，就會(huì)發(fā)生與照射劑量有關(guān)的環(huán)丁烷環(huán)。由此而測(cè)得的胸腺嘧啶二聚體量能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)紫外線照射劑量值。作為量化工具，可以使用qPCR定量聚合酶鏈反應(yīng)法。在這種方法中，對(duì)DNA序列片段進(jìn)行酶促擴(kuò)增，在熒光劑的幫助下對(duì)初始DNA量(模板DNA)的傳播動(dòng)力學(xué)情況進(jìn)行觀察。在酶的分解作用下會(huì)中止胸腺嘧啶二聚體的增殖。這就可以在反應(yīng)結(jié)束時(shí)得出所得的胸腺嘧啶二聚體的數(shù)量與減少的DNA分子擴(kuò)增量之間的相關(guān)性。當(dāng)qPCR定量聚合酶鏈反應(yīng)的同時(shí)還有對(duì)紫外線照射不敏感的DNA分子也參與了反應(yīng)，則會(huì)得到兩個(gè)相當(dāng)可靠的參考值。在qPCR定量聚合酶鏈反應(yīng)法中用確定的紫外線劑量來(lái)照射DNA分子，并終確定出相應(yīng)的擴(kuò)張量后，可以直接利用校準(zhǔn)曲線來(lái)確定紫外線照射劑量。這種方法可以實(shí)現(xiàn)紫外線照射劑量的值檢測(cè)。為了獲取大量的生物分子，需要克隆大量的多拷貝質(zhì)粒，從大腸桿菌中大量克隆出來(lái)、分離、提純，并按照規(guī)定的濃度等分的用于試驗(yàn)。

　　準(zhǔn)確的測(cè)定紫外線劑量值的生物傳感器

圖3 基于DNA的UV紫外線傳感器的原型（靜態(tài)生物傳感器）。

　　用紫外線照射生物分子，利用Heraeus公司研發(fā)生產(chǎn)的檢測(cè)儀準(zhǔn)確的記錄下紫外線的照射劑量。按照qPCR定量聚合酶鏈反應(yīng)法在0~1250Wsek/m2的范圍內(nèi)測(cè)量三個(gè)基本呈線性趨勢(shì)的檢測(cè)點(diǎn)。測(cè)定UVC短波紫外線劑量時(shí)，可以將生物分子置于硝化纖維表面、石英玻璃板、薄黃銅板和外部有橡膠涂層的支撐物中(參見(jiàn)圖3)。這就允許生物傳感器進(jìn)行探測(cè)、進(jìn)行個(gè)人劑量學(xué)檢測(cè)或者進(jìn)行UVC短波紫外線的劑量檢測(cè)了。通過(guò)將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋到實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)行qPCR定量聚合酶鏈反應(yīng)的數(shù)據(jù)評(píng)估，可以在很短的時(shí)間內(nèi)確定實(shí)際的UVC短波紫外線劑量了。直到數(shù)據(jù)分析時(shí)生物傳感器的短使用期限為3個(gè)月。生物傳感器也可以呈霧化狀態(tài)使用，并在紫外線分析系統(tǒng)的通道中獲取分子，然后通過(guò)qPCR分析提供準(zhǔn)確的照射劑量值。這也就使紫外線消毒設(shè)備的生產(chǎn)廠家次能夠選擇實(shí)際需要的紫外線照射劑量了。另外，也可以在一天時(shí)間內(nèi)完成空氣消毒系統(tǒng)的所有參數(shù)優(yōu)化了。

　　(在線所示的)圖6顯示了UV消毒系統(tǒng)的鏡像效果。雖然過(guò)去只是推測(cè)有這種可能，但在使用生物傳感器之后就可以真實(shí)的看到實(shí)際UV紫外線劑量通過(guò)鏡像而得到了明顯的提高。像空氣流量、風(fēng)扇類(lèi)型和鏡像等也都可以在一天的時(shí)間內(nèi)完成優(yōu)化了。