基于納米技術(shù)和替代機(jī)理構(gòu)建的電化學(xué)生物傳感器的研究.pdf

1、對(duì)特異DNA序列的檢測(cè)在基因相關(guān)疾病的診斷、軍事反恐和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面約具有非常重要的意義。DNA傳感器的研究就是為了滿(mǎn)足對(duì)特異DNA序列的快速、便捷、高靈敏度和高選擇性檢測(cè)的需要。近年來(lái)涌現(xiàn)出多種傳感策略，根據(jù)檢測(cè)方法的不同大致可以分為光學(xué)傳感器、電化學(xué)傳感器和聲學(xué)傳感器等，由于電化學(xué)檢測(cè)方法本身所具有的靈敏、快速、低成本和低能耗等特點(diǎn)，電化學(xué)DNA傳感器已成為一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域并在近幾年中得到了快速發(fā)展。
　　 納米技術(shù)逐

2、步引入生物分析化學(xué)和分子生物學(xué)研究領(lǐng)域，并顯示了光明的前景。納米微粒具有大比表面積和高活性、特異性等特點(diǎn)；作為傳感器材料，納米探針具有高選擇性、高靈敏度、快速、方便檢測(cè)的特點(diǎn)，改造傳統(tǒng)的生物傳感器，可以增加固定的分子數(shù)量，從而增強(qiáng)反應(yīng)信號(hào)，制得的高選擇性、高靈敏度的納米傳感器能用于探測(cè)很多細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)，可以監(jiān)控活細(xì)胞的蛋白質(zhì)和其他所感興趣的生物化學(xué)物質(zhì)。
　　 超分子化學(xué)是一門(mén)處于近代化學(xué)、材料化學(xué)和生命科學(xué)交匯點(diǎn)的新興學(xué)科。它

3、的發(fā)展不僅與大環(huán)化學(xué)（冠醚、穴醚、環(huán)糊精、杯芳烴、碳60等）的發(fā)展密切相連，而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器件和新興有機(jī)材料的研究息息相關(guān)。環(huán)糊精是超分子化學(xué)的重要主體化合物之一，對(duì)特定的有機(jī)分子具有識(shí)別和選擇的能力，對(duì)其研究逐漸從主客體識(shí)別形成包合物的機(jī)理轉(zhuǎn)移到對(duì)其在分析化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)和傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用研究中。
　　 本論文的創(chuàng)新之處在于，將納米技術(shù)、超分子作用與電化學(xué)分析技術(shù)結(jié)合，用于對(duì)核酸

4、分子或凝血酶蛋白分析檢測(cè)，研制出具有高選擇性，非固定的新型電化學(xué)生物傳感器，成功應(yīng)用于特定序列DNA或目標(biāo)蛋白質(zhì)的選擇性測(cè)定，以及對(duì)DNA鏈中堿基，尤其單堿基突變的快速、靈敏和準(zhǔn)確的識(shí)別，為基因及蛋白質(zhì)的快速分析與測(cè)定提供了多種簡(jiǎn)便、快捷、廉價(jià)的檢測(cè)方法。
　　 第一章緒論
　　 這一章中首先介紹了DNA生物傳感器及其研究進(jìn)展，著重介紹DNA生物傳感器的原理，基于不同標(biāo)記物的電化學(xué)DNA生物傳感器分類(lèi)、研究進(jìn)展，敘述了D

5、NA電化學(xué)傳感器在基因檢測(cè)等方面的應(yīng)用，接著介紹了核酸適配體技術(shù)、納米材料，主客體識(shí)別技術(shù)在生物傳感器中的一系列應(yīng)用。最后闡述了本論文的目的和意義，簡(jiǎn)述論文的創(chuàng)新之處及研究?jī)?nèi)容。
　　 第二章基于目標(biāo)替代的電化學(xué)適體傳感器檢測(cè)thrombin的研究
　　 本章構(gòu)建了一種基于目標(biāo)蛋白引起DNA鏈替代機(jī)制的電化學(xué)適體傳感器。該傳感器首先將含有巰基的單鏈固定DNA(IP)與目標(biāo)凝血酶(thrombin)適體堿基序列(aptam

6、er)通過(guò)雜交反應(yīng)得到雙鏈DNA(dsDNA)，通過(guò)Au-S鍵自組裝于金電極表面，而另一標(biāo)記有CdS納米顆粒的單鏈DNA(DP-CdS)被用作檢測(cè)探針。當(dāng)預(yù)先制備好的dsDNA修飾金電極浸入含有目標(biāo)蛋白和DP-CdS的溶液時(shí)，dsDNA中的aptamer更傾向與目標(biāo)thrombin結(jié)合形成G-四分體，從而引起dsDNA離解，IP從而與DP-CdS堿基互補(bǔ)。將電極捕獲的CdS納米顆粒溶解，使用汞膜電極對(duì)溶出的Cd2+離子進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，獲

7、得靈敏的電化學(xué)信號(hào)傳遞。Cd2+離子的峰電流相對(duì)thrombin濃度在2.3x10-9.2.3×10-12 mol/L范圍內(nèi)有良好的線性響應(yīng)，檢出限為4.3×10-133mol/LBSA，溶菌酶等其他蛋白質(zhì)共存不會(huì)影響thrombin的檢測(cè)，檢測(cè)具有良好的特異性。
　　 第三章基于目標(biāo)替代的電化學(xué)傳感器檢測(cè)DNA的研究
　　 本章設(shè)計(jì)了一種基于DNA之間雜交替代機(jī)制的電化學(xué)DNA傳感器。該傳感器通過(guò)預(yù)先將3’修飾巰基，5

8、’修飾二茂鐵的發(fā)夾探針DNA與識(shí)別DNA雜交形成雙鏈DNA，然后通過(guò)金硫鍵組裝于金電極表面。此時(shí)二茂鐵位于雙鏈DNA的頂端，遠(yuǎn)離電極表面，呈現(xiàn)出“Switch-off”狀態(tài)，僅產(chǎn)生一個(gè)小的背景信號(hào)。目標(biāo)DNA加入后，由于與識(shí)別DNA之間具有更多互補(bǔ)堿基，在雜交競(jìng)爭(zhēng)作用下，識(shí)別DNA離開(kāi)探針DNA，與目標(biāo)結(jié)合，探針DNA隨之恢復(fù)原有的發(fā)夾狀態(tài)，二茂鐵靠近電極表面，呈現(xiàn)出“Switch-on”狀態(tài)，獲得一個(gè)較大的電化學(xué)信號(hào)。通過(guò)目標(biāo)加入前后

9、電化學(xué)信號(hào)變化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。這種新型的電化學(xué)生物傳感器對(duì)DNA和蛋白質(zhì)的響應(yīng)線性范圍為6.4x10-10～6.4x10-7 mol/L，相關(guān)系數(shù)為0.996，檢出限為4.4x10-10mol/L。
　　 第四章基于主客體識(shí)別的電化學(xué)傳感器檢測(cè)DNA的研究
　　 本章構(gòu)建了一種新型傳感器，將DNA雜交引起的探針DNA構(gòu)型變化通過(guò)主客體識(shí)別技術(shù)與納米顆粒標(biāo)記轉(zhuǎn)換為電化學(xué)信號(hào)。該傳感器中，末端標(biāo)記有4-4-二甲氨基苯基

10、偶氮苯甲酸（Dabcyl，以下簡(jiǎn)稱(chēng)偶氮苯）和巰基基團(tuán)的發(fā)夾DNA作為探針DNA通過(guò)金硫鍵組裝于金電極表面，而表面修飾有β-環(huán)糊精的CdS納米顆粒(CdS-CDs)則被用于電化學(xué)信號(hào)提供者和主客體識(shí)別元件。無(wú)目標(biāo)存在時(shí)，固定于電極上的探針DNA保持莖環(huán)結(jié)構(gòu)，此時(shí)由于空間位阻效應(yīng)，Dabcyl被屏蔽難以觸及溶液中的CdS-CDs，而當(dāng)探針DNA與目標(biāo)DNA雜交之后，探針DNA發(fā)生構(gòu)型變化，使得Dabcyl遠(yuǎn)離電極表面。最初被屏蔽的Dabcy