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DNA防伪技术

2022-04-28 来源:巢湖农业机械网

DNA防伪技术

DNA(脱氧核糖核酸)作为一种生物大分子,是生物遗传物质基础,现代基因工程技术的核 心内容即是DNA的分子操作或分子克隆(Molecular cloning)。Dollinger最近总结了DNA的非生 物学方面的广泛应用,如生物计算机、纳米生物学及DNA用于商品防伪;但就DNA用于商品防 伪而言,Le Page和Slater为首创(Le Page和Slater 1987),他们最早提出了一种基于DNA的防 伪方法。基本过程为在特定商品上加上一段长度为1一10KB的DNA作为信号(Signal)分子,利 用DNA的双链互补特性再获得一个探针DNA分子,根据同位素或非同位素标记探针DNA分子 与信号DNA分子的杂交信号,揭示信号分子的存在,并因而判定商品的真伪。该项技术最大缺点 在于信号DNA分子的检测手段为分子杂交(Molecular hybridization),不仅繁冗、耗时,且其准 确性也有限,因而限制了该技术的应用。作者近年来建立了一种利用PCR检测的DNA防伪新技 术DNA密码标志,并进行了其实用性研究,这里报道其技术特征及其应用的可行性。

一、技术特征

(一)密码标志DNA的设计--仿造的可能性 用作为商品防伪的先决条件是不可仿造我们所设计的DNA密码标志符合该要求。 众所周知 DNA是由 ACGT四种碱基随机排列而成的生物大分子,因而其一级结构蕴含有极 其丰富的信息(这也是生物计算机的理论基石,见Watson 1977),用于商品防伪的密码标志DNA 总长度为300~400bp,包括核心序列及DN A的5`端和3`各20bp的引物序列(实例见图),一旦 将此密码标志DNA引入商品,则可赋予非生物商品以生物的基因标志,商品仿造者除了仿造商品 之外,必须仿造与密码标志DNA相同的DNA。理论上言之.后者的仿造是不可能的,因为仿造者 不了解密码标志DNA的序列,尝试法合成密码标志DNA,其成功的可能性为1/4300-400,而且现 阶段的技术也无法人工准确合成长度为300~400bp的 DNA分子。

(二)密码标志的检测--标志DNA序列破译的可能性 DNA密码标志用于商品防伪的实用性取决于其检测的方便性。DNA多聚链式反应〔PCR〕创 立 (Saiki等1985, 1988)后,超微量DNA的检测已成为常规的手段,在临床医学、检疫、法医 学鉴定等方面得到广泛的应用(正因为此,方法创立者获诺贝尔奖),我们所设计的DNA密码标 志中包括有便于PCR检测的引物序列,经过PCR反应及电泳分析,根据扩增产物的有无即可判定 密码标志DNA的存在,并因此判定引入了超微量密码标志DNA的商品的真伪。 由于PCR检测方法的极高的灵敏度(10-13-10-15g)及特异性,仿冒者在引物序列未知的条 件下不可能从 DNA密码标志中单离(Isolation)DNA,而采用尝试法获得任一条引物的可能性也 为1/420,成功的可能性也极小。

5`GGCAATTTACAGGTACGCTGGCATTGTGTGATACACTCTTTGACTTGAGTAACGAC 3`CCGTTAAATGTCCATGCGACCGTAACACACTATGTGAGAAACTGAACTCATTGCAG

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TAACGGCTTTTGATTTGACGGTGGAGCCGTAAATTTAGGTGCCGTAACTCAGGGAGC ATTGCCGAAAACTAAACTGCCACCACGGCATTTAAATCCACGGCAATGAGTCCCTCG

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GCTGTACCGGGTTTCAACACCCACAGATGTGAATGGGCAT-3`

CGACATGGCCCAAAGTTGTGGGTGTCTACACTTACCCGTA-5`

图 DNA标志序列,横线引物序列

(三)应用隐蔽灵活--仿造者难以察觉 DNA是无毒无害的生物大分子,而用作密码标志的DNA化学量不超过pg级(l0-12g),因而 用于商品防伪不致于改变商品的物理或化学特性,甚至可以商品的生产工艺流程中直接加至特定 的商品之中,这是迄今绝大多数防伪技术所无法企及的。如饮料、化妆品、药品生产中掺入DNA标 志等,这种隐蔽性是仿冒者难以察觉的。另外,DNA密码标志也可以制成特定标志(如类似于激光 防伪标志)粘贴于商品之外。

二、应用实例

(一)含密码标志DNA的胶水的制备及其应用 胶水在商品包装、商标粘贴等方面是必不可少的,我们对胶水中掺入防伪DNA的可能性进行 了研究。具体方法为在市售胶水中以1:10-12的量加入密码标志DNA,充分混合均匀后。用于各种 质地纸的粘贴。检测时用大头针制取少量纸屑,加入超纯水50μl,100℃煮沸100min,离心,取2μl 上清,用于PCR 反应。总体积为25μl的反应体积中含5`和3`端引物各15ng, 2.5mMdNTP lμl 10倍缓冲液2.5μl,Tap酶1U,扩增条件为94℃ lmin,56℃ lmin,72℃2min,30个循环后,72℃ 延伸5min扩增产物经1.2%琼脂糖凝胶电泳,检测结果表明,该方案完全可行。

(二)印油 印油广泛应用于专业防伪领域,本研究也尝试了在印油中直接掺入DNA密码标志并用于印 章防伪,以1:10-7比例掺和,正常盖印章后.用大头针刮取少量纸屑(含印油),便可以满足检测 的要求。

(三)其他应用实例 以1:10-12一1:10-9的比例,将密码标志DNA掺入水及低度酒(酒精含量低于40%)中,直接 取1μl液体样品,PCR检测也能给出正结果。现正在尝试在包装用纸箱生产过程中加入标志DNA 以便于纸箱的防伪。

三、DNA防伪技术的局限

DNA防伪的最大长处在于其不可仿造性,最大缺点在于检测需要采用PCR手段。尽管PCR 方法逐渐为公众所熟悉,但检测需要1~5h时间;用于商品防伪难为普通消费者所感知,对于批发 商或大型商场可能意义更大,对于昂贵商品较为适用,在专业防伪领域的应用前景更为广阔。

应用范围:

 胶水、印油、、低度酒、饮料、化妆品、药品、商标、包装、印章等。

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