基于聚吡咯的電化學(xué)DNA傳感器.pdf

1、基因電子學(xué)，這一名詞首次由Joseph Wang等提出，用于描述DNA分子生物識(shí)別系統(tǒng)與電子系統(tǒng)間的耦合界面，其最終目的是實(shí)現(xiàn)將DNA特異性識(shí)別反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)DNA檢測(cè)、疾病診斷并最終用于發(fā)展DNA傳感器。由于基因電子學(xué)的研究涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域，如表面物理化學(xué)，分子生物學(xué)，生物化學(xué)及電子學(xué)等，因此研究充滿挑戰(zhàn)，但同時(shí)也充滿期許。
　　 聚吡咯，一種共軛導(dǎo)電聚合物，它的發(fā)展為基因電子學(xué)的研究提供了契機(jī)。一方面，聚吡咯可

2、以作為載體材料實(shí)現(xiàn)DNA分子探針的靈活固定；另一方面，聚吡咯可作為三維的“分子導(dǎo)線”將DNA分子識(shí)別反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)信號(hào)。在此研究基礎(chǔ)上，我們利用吡咯、DNA分子探針電化學(xué)共聚合技術(shù)，志在發(fā)展出一種基于導(dǎo)電聚吡咯的電化學(xué)DNA生物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA雜交的無標(biāo)記現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，為聚吡咯在電化學(xué)DNA傳感器的應(yīng)用以及未來基因電子學(xué)的發(fā)展添磚加瓦。
　　 為此，我們做了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 (1)研究了吡咯、寡核苷酸分子探

3、針通過電化學(xué)共聚合技術(shù)形成聚吡咯/寡核苷酸(PPy/ODN)復(fù)合物的生長(zhǎng)機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)：在PPy/ODN聚合之初，ODN分子首先通過靜電作用吸附在電極表面作為核粒開始聚吡咯電聚合反應(yīng)。隨后，PPy/ODN的成核生長(zhǎng)機(jī)理由漸進(jìn)成核三維生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)為瞬間式成核三維生長(zhǎng)模式。在核粒重疊后，PPy/ODN的成核生長(zhǎng)機(jī)理為瞬間成核三維生長(zhǎng)和漸進(jìn)成核三維生長(zhǎng)模式相結(jié)合；電化學(xué)聚合生成的PPy/ODN膜表面呈現(xiàn)皺褶狀結(jié)構(gòu)；ODN分子可作為模板指導(dǎo)聚吡咯

4、的電化學(xué)聚合。
　　 (2)將ODN探針分子作為唯一對(duì)陰離子，采用電化學(xué)共聚合技術(shù)將ODN探針分子摻雜進(jìn)聚吡咯的分子網(wǎng)絡(luò)中制備了一種基于循環(huán)伏安法的聚吡咯電化學(xué)DNA傳感器。利用原子力顯微鏡(AFM)及電化學(xué)循環(huán)伏安法，我們研究并探討了制備的電化學(xué)DNA生物傳感器雜交檢測(cè)機(jī)理。總結(jié)如下：雜交反應(yīng)使PPy/ODN與緩沖液界面的分子結(jié)構(gòu)變得緊湊和扭曲，從而通過空間位阻效應(yīng)阻滯了聚吡咯氧化還原過程中的陽離子交換動(dòng)力學(xué)行為。在此基礎(chǔ)上，

5、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，制備的聚吡咯電化學(xué)DNA生物傳感器具有低至5×10-18M的檢測(cè)下限值。
　　 (3)利用16位單片機(jī)MSP430F169作為主控芯片，結(jié)合外圍的模擬電子線路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于循環(huán)伏安法的便攜式電化學(xué)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有電池供電、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、設(shè)計(jì)升級(jí)靈活等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合前面制備的聚吡咯電化學(xué)DNA傳感器，可實(shí)現(xiàn)DNA雜交的無標(biāo)記檢測(cè)，檢測(cè)具有較好的靈敏度。通過后續(xù)優(yōu)化工作，該系統(tǒng)可取代商業(yè)化桌面式電化學(xué)工