直立有序碳納米管和金電極在電化學生物傳感器中的應用研究.pdf

1、近些年來，由于在基因疾病診斷、環(huán)境監(jiān)控檢測、現(xiàn)代戰(zhàn)爭、法醫(yī)鑒定、藥物研究等方面的需求，對特定DNA序列、蛋白、酶等進行快速、高效、高靈敏度、低檢測限，高選擇性的檢測有著越來越重要的作用和影響。其中，電化學生物傳感器，由于其低成本、較高的靈敏度、簡便、能夠與現(xiàn)代微電子技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點，在近期收到了廣大研究者的重視，是當今研究醫(yī)學以及生物學等領(lǐng)域的前沿性課題。作為多壁碳納米管中的一種，直立碳納米管具有良好的導電性和較大表面積等優(yōu)勢。因此，將直

2、立碳納米管作為一種理想的電極材料被廣泛地應用到生物傳感器之中，其較大的表面積有利于固定DNA和各種蛋白質(zhì)等，并且功能化后的直立碳納米管陣列可以通過鍵合作用與生物分子一起固定于電極表面，在電化學分析研究中有廣泛的應用前景。電化學交流阻抗方法是一種研究電極界面的性質(zhì)、電極過程的檢測技術(shù)?？梢蕴峁╇娮觽鬟f技術(shù)和雙電層電容等參數(shù)，可以用于對電極界面和電化學反應過程的研究。將此技術(shù)應用于構(gòu)建的生物傳感器中，可以檢測反應前后電極表面的變化，具有無標

3、記、快速、靈敏等優(yōu)點。本文的新穎之處在于，將不同的電極材料、各種生物分子和電化學分子技術(shù)相結(jié)構(gòu)，研制出高選擇性的生物傳感器，用于DNA和酶的分析檢測。成功研制出直立碳納米管陣列修飾的電極在均相溶液中，通過主客體識別對DNA進行檢測，雜交效率高，對單堿基的檢測更加靈敏和準確。此外，我們還成功研制出無標記型檢測半胱天冬蛋白酶-3的生物傳感器，方法簡單、廉價、快速，為DNA、蛋白質(zhì)和酶的檢測提供了多種方法。本研究分為三個部分：
　　

4、第一章：緒論。介紹了電化學生物傳感器的研究進展，著重介紹生物傳感器的的構(gòu)建目的、原理，方法等。接著介紹了直立碳納米管、主客體識別的技術(shù)在生物傳感器中的應用。最后簡述了本論文的研究目的、意義、內(nèi)容和新穎之處。
　　 第二章：β-環(huán)糊精衍生物重氮化修飾直立碳納米管及其通過主客體識別在均相溶液的DNA雜交檢測中的應用。在直立碳納米管(ACNTs)上，通過重氮化反應修飾上β-環(huán)糊精的衍生物，然后制備好的β-CD/ACNTs電極可以在均相

5、溶液中，通過主客體識別對DNA的雜交進行檢測。在我們的實驗方案中，為了實現(xiàn)同類性質(zhì)的DNA雜交，我們設(shè)計了雙修飾DNA探針(DLP)，實驗中的DNA兩端都進行了修飾，其中一端修飾上dabcyl，作為β-CD的客體分子，另一端修飾上CdS的納米顆?？梢宰鳛殡娀瘜W信號，檢測DNA雜交信號。如果沒有目標DNA，雙修飾DNA探針(DLP)可以在溶液中保持其發(fā)夾結(jié)構(gòu)，探針就不可以被β-CD/ACNTs電極捕獲。當有互補DNA鏈存在的時候，DLP就

6、可以打開與目標鏈形成雙鏈的DNA(dsDNA)，這樣β-CD/ACNTs電極就可以通過β-CD和dabcyl的主客體識別捕獲dsDNA。因此，雜交可以明顯改變DLP的結(jié)構(gòu)，dsDNA可以被捕獲到β-CD/ACNTs電極上，就可以檢測到CdS nanoparticles-dsDNA/β-CD/ACNTs的電化學信號，在最優(yōu)條件下，該實驗方法的檢測限為5.0×10-13 M，且對DNA檢測有良好的選擇性。
　　 第三章：新型的無標記

7、型使用電化學阻抗檢測caspase-3的方法。使用一種新型的無標記型電化學阻抗方法檢測caspase-3。首先，由于半胱氨酸C含有巰基，因此在金電極上，通過自組裝的方法修飾上多肽GDGDEVDGC，因此會導致金電極表面的電子轉(zhuǎn)移受阻，因此電極表面的電化學阻抗值較大。但是半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)會特異性剪切多肽片段DEVD，因此當caspase-3剪切D之后，金電極表面的電子轉(zhuǎn)移變好，阻抗值變小。由此我們可以通過電化學阻抗