基于電化學檢測技術的DNA分子邏輯門的構建及其應用研究.pdf

1、著名的《Nature Biotechnology》雜志曾在2000年評論說“電化學DNA分析時代到來了”。電化學方法不僅簡便、快速、低耗，靈敏，而且其裝置輕便、便于攜帶，被認為是在成本、時效等有較高要求的場合實現(xiàn)生物傳感器檢測的首選方法之一。目前分析檢測工作越來越多的面對多目標物的實時、在線分析檢測，而在多目標物同時分析檢測方面，尤其是建立智能化、自動化的分析檢測系統(tǒng)方面，分子邏輯門無疑扮演著重要的角色，構建分子邏輯門也是設計分子計算機

2、的先決條件，而構建DNA計算機是人類的夢想之一。本論文將電化學方法與DNA分子邏輯門技術相結合，實現(xiàn)了對多種食源性致病菌特征DNA的同時分析檢測，還初步研究了構建具有基本邏輯運算功能的DNA分子邏輯門體系(DNA半加器)，為DNA計算機的研究和發(fā)展做一些基礎性的探索和鋪墊工作。本論文主要研究內容如下:
　　(1)基于DNA誘導生成AgNCs(銀納米簇)的NOR型邏輯門用于多目標DNA的同時檢測;
　　本實驗以DNA為模板誘導

3、生成AgNCs，以大腸桿菌(E.coli) DNA和沙門氏菌(Sal) DNA作為輸入，Ag+電化學信號作為輸出構建一個NOR型邏輯門，達到同時檢測E.coli DNA和Sal DNA的目的。檢測Sal DNA所得結果:在5.0×10-88.5×10-7mol·L-1檢測范圍內，其線性方程為Ip=-1.5×10-4(CS√mol·L-1)+0.48，相關系數(shù)R=0.9956，檢測限（S/N=3）為3.3×10-8 mol·L-1;檢測E

4、.coliDNA所得結果:在5.0×108～8.5×10-7mol·L-1檢測范圍內，其線性方程為Ip=-1.1×10-4(CE.coli/mol·L-1)+0.54，相關系數(shù)R=0.9932，檢測限(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)納米復合材料為基底構建IDB和OR型邏輯門;
　　本實驗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、)復合膜納米陣列電極。以GO/AuNPs復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的電流信號作為輸出，分別構建了IDB型和OR型DNA分子邏輯門。其檢測Sal DNA所得結果:在1.0×10-12～1.0×10-7mol·L-1范圍內有良好的線性關系，其線性方程為Ip=-0.0241og(CSal/mol·L-1)+0.39，相關系數(shù)R=0.9993，檢測限(S/N=3)為6.5

6、×10-13 mol·L-1。這兩種邏輯門都達到了同時快速檢測志賀氏菌DNA和沙門氏菌DNA的目的。
　　(3)借助DN四面體納米結構自組裝探針構建NOR型邏輯門;
　　本實驗選擇四條自相互補的DNA單鏈，形成剛性和穩(wěn)定的四面體DNA納米結構自組裝到金電極表面，通過對四面體一臂DNA的刺激(加入目標DNA)，改變DNA四面體的構型。以志賀氏菌(shi) DNA和大腸桿菌(E.coli) DNA作為輸入，F(xiàn)c的電流信號作為輸出

7、，構建NOR型邏輯門達到同時檢測ShiDNA和E.coli DNA的目的。檢測Shi DNA所得結果:在5.0×10-9～7.5×10-7mol·L-1檢測范圍內，其線性方程為Ip=-0.241og(CShi/mol.L-1)+3.12，相關系數(shù)R=0.9928，檢測限(S/N=3)為2.1×10-9 mol.L-1;檢測E.coli DNA所得結果:在3.0×10-10～1.5×10-7mol·L-1檢測范圍內，其線性方程為Ip=-0

8、.28log(CE.coli/mol·L-1)+3.8，相關系數(shù)R=0.9978，檢測限(S/N=3)為6.1×10-11 mol·L-1。
　　(4)DNA半加器的構建及對兩種病原菌DNA的同時檢測;
　　本實驗以GO/AuNPs復合膜修飾玻碳電極為工作電極，探針DNA分別標記有兩種電化學活性指示劑(Fc，MB)，在同一檢測體系，同時檢測兩種指示劑的信號變化，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，構建了AND和XOR型邏輯門，而這兩種邏輯門的組合剛好構建了半加器。為放大電化學響應，以目標DNA濃度C對∑|ΔI|作線性曲線。檢測E.coli DNA所得結果:在1.0×10-13～1.0×10-8mol·L-1檢測范圍內，其線性方程為(|ΔIFc|+|ΔIMB|)=2.171og(CE.coli/mol·L-1)+32.03，相關系數(shù)R=0.9931，檢測限（S/