基于電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)的DNA分子邏輯門的構(gòu)建及其應(yīng)用研究.pdf

1、著名的《Nature Biotechnology》雜志曾在2000年評(píng)論說“電化學(xué)DNA分析時(shí)代到來了”。電化學(xué)方法不僅簡(jiǎn)便、快速、低耗，靈敏，而且其裝置輕便、便于攜帶，被認(rèn)為是在成本、時(shí)效等有較高要求的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)生物傳感器檢測(cè)的首選方法之一。目前分析檢測(cè)工作越來越多的面對(duì)多目標(biāo)物的實(shí)時(shí)、在線分析檢測(cè)，而在多目標(biāo)物同時(shí)分析檢測(cè)方面，尤其是建立智能化、自動(dòng)化的分析檢測(cè)系統(tǒng)方面，分子邏輯門無疑扮演著重要的角色，構(gòu)建分子邏輯門也是設(shè)計(jì)分子計(jì)算機(jī)

2、的先決條件，而構(gòu)建DNA計(jì)算機(jī)是人類的夢(mèng)想之一。本論文將電化學(xué)方法與DNA分子邏輯門技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種食源性致病菌特征DNA的同時(shí)分析檢測(cè)，還初步研究了構(gòu)建具有基本邏輯運(yùn)算功能的DNA分子邏輯門體系(DNA半加器)，為DNA計(jì)算機(jī)的研究和發(fā)展做一些基礎(chǔ)性的探索和鋪墊工作。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)基于DNA誘導(dǎo)生成AgNCs(銀納米簇)的NOR型邏輯門用于多目標(biāo)DNA的同時(shí)檢測(cè);
　　本實(shí)驗(yàn)以DNA為模板誘導(dǎo)

3、生成AgNCs，以大腸桿菌(E.coli) DNA和沙門氏菌(Sal) DNA作為輸入，Ag+電化學(xué)信號(hào)作為輸出構(gòu)建一個(gè)NOR型邏輯門，達(dá)到同時(shí)檢測(cè)E.coli DNA和Sal DNA的目的。檢測(cè)Sal DNA所得結(jié)果:在5.0×10-88.5×10-7mol·L-1檢測(cè)范圍內(nèi)，其線性方程為Ip=-1.5×10-4(CS√mol·L-1)+0.48，相關(guān)系數(shù)R=0.9956，檢測(cè)限（S/N=3）為3.3×10-8 mol·L-1;檢測(cè)E

4、.coliDNA所得結(jié)果:在5.0×108～8.5×10-7mol·L-1檢測(cè)范圍內(nèi)，其線性方程為Ip=-1.1×10-4(CE.coli/mol·L-1)+0.54，相關(guān)系數(shù)R=0.9932，檢測(cè)限(S/N=3)為2.1×10-8 mol.L-1。
　　(2)以GO/AuNPs(氧化石墨烯/金納米粒子)納米復(fù)合材料為基底構(gòu)建IDB和OR型邏輯門;
　　本實(shí)驗(yàn)采用滴涂法和電沉積法制備了氧化石墨烯/金納米粒子(GO/AuNPs

5、)復(fù)合膜納米陣列電極。以GO/AuNPs復(fù)合膜修飾玻碳電極為工作電極，以志賀氏菌(Shi) DNA和沙門氏菌(Sal) DNA作為輸入，F(xiàn)c的電流信號(hào)作為輸出，分別構(gòu)建了IDB型和OR型DNA分子邏輯門。其檢測(cè)Sal DNA所得結(jié)果:在1.0×10-12～1.0×10-7mol·L-1范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，其線性方程為Ip=-0.0241og(CSal/mol·L-1)+0.39，相關(guān)系數(shù)R=0.9993，檢測(cè)限(S/N=3)為6.5

6、×10-13 mol·L-1。這兩種邏輯門都達(dá)到了同時(shí)快速檢測(cè)志賀氏菌DNA和沙門氏菌DNA的目的。
　　(3)借助DN四面體納米結(jié)構(gòu)自組裝探針構(gòu)建NOR型邏輯門;
　　本實(shí)驗(yàn)選擇四條自相互補(bǔ)的DNA單鏈，形成剛性和穩(wěn)定的四面體DNA納米結(jié)構(gòu)自組裝到金電極表面，通過對(duì)四面體一臂DNA的刺激(加入目標(biāo)DNA)，改變DNA四面體的構(gòu)型。以志賀氏菌(shi) DNA和大腸桿菌(E.coli) DNA作為輸入，F(xiàn)c的電流信號(hào)作為輸出

7、，構(gòu)建NOR型邏輯門達(dá)到同時(shí)檢測(cè)ShiDNA和E.coli DNA的目的。檢測(cè)Shi DNA所得結(jié)果:在5.0×10-9～7.5×10-7mol·L-1檢測(cè)范圍內(nèi)，其線性方程為Ip=-0.241og(CShi/mol.L-1)+3.12，相關(guān)系數(shù)R=0.9928，檢測(cè)限(S/N=3)為2.1×10-9 mol.L-1;檢測(cè)E.coli DNA所得結(jié)果:在3.0×10-10～1.5×10-7mol·L-1檢測(cè)范圍內(nèi)，其線性方程為Ip=-0

8、.28log(CE.coli/mol·L-1)+3.8，相關(guān)系數(shù)R=0.9978，檢測(cè)限(S/N=3)為6.1×10-11 mol·L-1。
　　(4)DNA半加器的構(gòu)建及對(duì)兩種病原菌DNA的同時(shí)檢測(cè);
　　本實(shí)驗(yàn)以GO/AuNPs復(fù)合膜修飾玻碳電極為工作電極，探針DNA分別標(biāo)記有兩種電化學(xué)活性指示劑(Fc，MB)，在同一檢測(cè)體系，同時(shí)檢測(cè)兩種指示劑的信號(hào)變化，以大腸桿菌(E.coli) DNA和沙門氏菌(Sal) DNA作

9、為輸入，分別以ΔIMB+ΔIFc和|ΔIMa/ΔIFc|為不同的輸出，構(gòu)建了AND和XOR型邏輯門，而這兩種邏輯門的組合剛好構(gòu)建了半加器。為放大電化學(xué)響應(yīng)，以目標(biāo)DNA濃度C對(duì)∑|ΔI|作線性曲線。檢測(cè)E.coli DNA所得結(jié)果:在1.0×10-13～1.0×10-8mol·L-1檢測(cè)范圍內(nèi)，其線性方程為(|ΔIFc|+|ΔIMB|)=2.171og(CE.coli/mol·L-1)+32.03，相關(guān)系數(shù)R=0.9931，檢測(cè)限（S/