碳納米管及電化學(xué)修飾玻碳電極在DNA損傷研究中的應(yīng)用.pdf

1、生物電分析化學(xué)是電分析化學(xué)與分子生物學(xué)的交叉學(xué)科，是當(dāng)今分析化學(xué)的熱點內(nèi)容之一。DNA的電化學(xué)研究始于20世紀50年代，早期的工作主要集中于DNA的基本電化學(xué)行為的研究。隨著極譜學(xué)的發(fā)展，其他電分析化學(xué)方法也應(yīng)用于DNA的研究，DNA的研究范圍也逐步擴大到DNA的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分析、DNA探針、傳感器的制備以及DNA與其它小分子，尤其是能識別特定堿基序列的小分子或一些藥物分子之間的相互作用研究等方面。 DNA中只有堿基具有電化學(xué)活性

2、，鳥嘌呤(G)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)可以在汞電極上發(fā)生電還原反應(yīng)，而鳥嘌呤(G)、腺嘌呤(A)可在各種固體電極上電氧化，所以可以利用DNA自身堿基氧化還原信號的變化來說明DNA結(jié)構(gòu)的變化。DNA的氧化損傷，可導(dǎo)致基因突變、細胞功能紊亂、細胞壞死甚至引發(fā)癌癥，8-羥基鳥嘌呤是一種公認的DNA氧化損傷的生物標記物。另外，DNA與抗癌藥物之問的相互作用研究，不論是對闡述抗癌藥物的作用，還是對致癌機理的研究都具有非常大的意義。 本

3、研究的特色是利用電化學(xué)修飾或一種新型納米材料—單壁碳納米管修飾玻碳電極，研究DNA及其嘌呤堿基在兩種修飾電極上的電化學(xué)行為，DNA氧化損傷生物標志物-8-羥基鳥嘌呤核苷在納米管修飾電極上的高靈敏度電化學(xué)檢測、抗癌藥物6-巰基嘌呤在該修飾電極上的電化學(xué)行為及其與DNA的相互作用等。DNA氧化損傷及損傷產(chǎn)物的直接電化學(xué)檢測目前研究較少，開展這方面的工作，不僅對于研究DNA在生命過程的電子傳遞具有十分重要的理論意義，而且可以為研究DNA的損傷

4、機理、DNA損傷與患癌危險性之間的關(guān)系，提供有力的幫助，對于預(yù)測腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。主要內(nèi)容如下： 1.嘌呤堿基、核苷及DNA在電化學(xué)預(yù)處理玻碳電極上的恒電流計時電位溶出測定研究了鳥嘌呤(G)、腺嘌呤(A)、鳥嘌呤核苷(dG)、腺嘌呤核苷(dA)和熱變性、酸消解小牛胸腺DNA(CT-DNA)在電化學(xué)預(yù)處理玻碳電極上的恒電流微分計時電位溶出行為。實驗結(jié)果表明：電化學(xué)預(yù)處理玻碳電極方法簡單、效果明顯，預(yù)處理玻碳電極對嘌

5、呤及其核苷和DNA的吸附富集能力大大增強，用恒電流微分計時電位溶出法可得到各自靈敏的溶出峰，其溶出峰高(dt/dE)與濃度在一定范圍均呈良好線性關(guān)系，可用于嘌呤堿基及其核苷的定量檢測和DNA濃度的測定。本方法應(yīng)用于酸變性DNA樣品中鳥嘌呤與腺嘌呤的同時測定，選擇性好、靈敏度高；該方法還可獲得有關(guān)DNA損傷的一些信息。 2.鳥嘌呤、鳥嘌呤核苷在單壁碳納米管修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為及其測定考察了鳥嘌呤(G)和鳥嘌呤核苷(dG)在單

6、壁碳納米管修飾玻碳電極(SWNTs/GCE)上的電化學(xué)行為，建立了分別或同時測定G和dG的簡單而實用的方法。在含有G和dG0.1molL-1pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液中，于+0.3V處富集120秒，可以得到分離很好的兩個氧化峰，峰電位分別為+0.70V和+0.94V。G的氧化峰電流與濃度在3.4×10-8molL-1-5.1×10-7molL-1和5.1×10-7molL-1-2.9×10-6molL-1的范圍分別成良好線性關(guān)系，相關(guān)系

7、數(shù)分別為0.9989和0.9992；而dG的氧化峰電流與濃度在6.9×10-8molL-1-5.1×10-7molL-1和5.1×10-7molL-1-5.1×10-6molL-1的范圍分別成良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9983和0.9990。二者的檢測限分別1.1×10-8molL-1和2.8×10-8molL-1(信噪比為3)。利用該方法修飾電極操作簡單，對G和dG的吸附富集非常有效，與裸玻碳電極相比，可以有效阻止其電氧化產(chǎn)物在

8、電極上的吸附污染，使用過程中SWNTs/GCE的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性較好。 3.8-羥基鳥嘌呤核苷在單壁碳納米管修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為及其測定利用循環(huán)伏安法考察了8-羥基鳥嘌呤核苷(8-OH-dG)在單壁碳納米管修飾玻碳電極(SWNTs/GCE)上的電化學(xué)行為。8-OH-dG在電化學(xué)活化的SWNTs/GCE上的電化學(xué)氧化過程為兩個電子、兩個質(zhì)子的反應(yīng)機理。在0.1molL-1pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液中，8-OH-dG的氧化峰電流

9、與濃度在5.0×10-9molL-1-1.0×10-7molL-1和1.0×10-7molL-1-1.0×10-6molL-1的范圍分別成良好線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.9986和0.9997，檢測限為1.38×10-9molL-1(信噪比為3)。另外，考察了溶液pH值、掃描速度和尿酸干擾對8-OH-dG電化學(xué)行為的影響。結(jié)果顯示，電化學(xué)活化后的功能化SWNTs/GCE能夠應(yīng)用于高濃度尿酸存在下8-OH-dG的高選擇性、高靈敏度檢測，結(jié)

10、果令人滿意。 4.6-巰基嘌呤在單壁碳納米管修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為及其與DNA相互作用研究利用循環(huán)伏安法研究了抗癌藥物6-巰基嘌呤(6-MP)在單壁碳納米管修飾玻碳電極(SWNTs/GCE)上的電化學(xué)行為，及其與小牛胸腺DNA(CT-DNA)的相互作用。實驗發(fā)現(xiàn)該修飾電極對6-MP的氧化還原具有較強的催化作用，與裸玻碳電極相比，氧化還原峰形得到很大改善，峰電流明顯增大。加入CT-DNA使之在恒溫條件下(37.5℃)充分作用約