生物傳感器解決了檢測紫外線劑量的難題，但怎樣檢測紫外線照射的劑量值呢?很長時間以來這也是檢測分析技術一直無法逾越的障礙。新研發(fā)的、基于人工合成DNA技術的生物傳感器將能幫助您解決這一難題。
圖1 來自太陽光的紫外線輻射導致胸腺嘧啶二聚體進入到DNA中。
紫外線會導致長期暴露在外的人體出現紅斑(曬傷)和結膜炎。近幾十年來，人們已經知道短波紫外線對人體有著強烈的損傷作用，因此在生物化學層面上也對損傷產生的各種機理進行了討論。終得出的結論是：可能導致細胞分裂失控、失去接觸抑制并因此而導致癌變。另一方面，短波紫外線對人類健康的積極作用也是*的。沒有這部分短波陽光人類就無法產生促進骨骼生長、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系。紫外線有可能消除人體的炎癥、從而促進患病機體的康復嗎?1988年時Hengst等人的研究成果就已經表明：患有眼前房炎癥(葡萄膜炎)患者在受到紫外線照射后會明顯降低可的松的療效。瑞士名醫(yī)Paracelsus先生對紫外線這種*相反的作用做了如下總結：關鍵在于劑量!而劑量恰恰是我們每天接觸陽光時遇到的一大問題。因為要確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的人工合成DNA
紫外線照射會導致遺傳物質DNA的損傷。其中包括了腺苷酸，鳥苷酸，胞苷酸和胸腺核苷酸四個核酸的編碼部分。不論是人類、細菌、植物還是病毒，這四個核酸都是構成生命和有機體的基本核酸序列，是所有生物的生命之源。波長254納米的電磁波(紫外線波長的一部分)會導致胸腺嘧啶二聚體進入到DNA中。在兩個胸腺核苷酸偶然相接觸時，紫外線照射會在兩個相互接觸的堿基(熱點)處形成環(huán)丁烷環(huán)(參見圖1)。
這種紫外線誘導反應在兩個誘導循環(huán)周期之后的結果就是：基因突變，遺傳性基因發(fā)生了改變，并且顯性表現出來。除了這些常見的變化之外，還會在DNA水平中觀察到其他罕見的紫外線照射的影響(例如：GC 6.4產物)。
圖2 DNA基紫外線傳感器的校準線。隨著劑量的增加qPCR的擴增量減少（每個檢測點n=3）。
在認識到核酸可能出現的反應之后，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時含有大量相鄰胸腺核苷酸的DNA分子。當紫外線照射了這些分子時，就會發(fā)生與照射劑量有關的環(huán)丁烷環(huán)。由此而測得的胸腺嘧啶二聚體量能夠準確的反應紫外線照射劑量值。作為量化工具，可以使用qPCR定量聚合酶鏈反應法。在這種方法中，對DNA序列片段進行酶促擴增，在熒光劑的幫助下對初始DNA量(模板DNA)的傳播動力學情況進行觀察。在酶的分解作用下會中止胸腺嘧啶二聚體的增殖。這就可以在反應結束時得出所得的胸腺嘧啶二聚體的數量與減少的DNA分子擴增量之間的相關性。當qPCR定量聚合酶鏈反應的同時還有對紫外線照射不敏感的DNA分子也參與了反應，則會得到兩個相當可靠的參考值。在qPCR定量聚合酶鏈反應法中用確定的紫外線劑量來照射DNA分子，并終確定出相應的擴張量后，可以直接利用校準曲線來確定紫外線照射劑量。這種方法可以實現紫外線照射劑量的值檢測。為了獲取大量的生物分子，需要克隆大量的多拷貝質粒，從大腸桿菌中大量克隆出來、分離、提純，并按照規(guī)定的濃度等分的用于試驗。
準確的測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)生產的檢測儀準確的記錄下紫外線的照射劑量。按照qPCR定量聚合酶鏈反應法在0~1250Wsek/m2的范圍內測量三個基本呈線性趨勢的檢測點。測定UVC短波紫外線劑量時，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(參見圖3)。這就允許生物傳感器進行探測、進行個人劑量學檢測或者進行UVC短波紫外線的劑量檢測了。通過將檢測數據反饋到實驗室并進行qPCR定量聚合酶鏈反應的數據評估，可以在很短的時間內確定實際的UVC短波紫外線劑量了。直到數據分析時生物傳感器的短使用期限為3個月。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qPCR分析提供準確的照射劑量值。這也就使紫外線消毒設備的生產廠家次能夠選擇實際需要的紫外線照射劑量了。另外，也可以在一天時間內完成空氣消毒系統(tǒng)的所有參數優(yōu)化了。
(在線所示的)圖6顯示了UV消毒系統(tǒng)的鏡像效果。雖然過去只是推測有這種可能，但在使用生物傳感器之后就可以真實的看到實際UV紫外線劑量通過鏡像而得到了明顯的提高。像空氣流量、風扇類型和鏡像等也都可以在一天的時間內完成優(yōu)化了。
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