以苯并咪唑配合物及酶为指示剂的DNA电化学生物传感器的研究

论文摘要

本论文合成了苯并咪唑类化合物及金属配位物,用元素分析、红外光谱、核磁以及X-射线衍射分析测定了化合物其中间体的晶体结构。选择具有电化学活性的金属配合物Cu（bzim）（H2O）Cl2,利用电化学和光谱的方法研究了它与DNA的作用机理,确定了最佳反应条件。运用核酸杂交技术,用具有电化学活性的化合物作为指示剂制备了“夹心型”DNA生物传感器和多壁碳纳米管修饰的DNA生物传感器,用于识别和测定互补的DNA片断,提高了生物传感器的检测限和灵敏度。通过在电极表面固定两种不同酶修饰的DNA制备了“夹心型”双酶修饰的DNA生物传感器生物传感器,同时了检测两种不同DNA序列。本论文共分为六章:第一章概述了苯并咪唑类化合物的性质和应用。综述了苯并咪唑类化合物与DNA作用的研究方法、DNA生物传感器的设计原理及分类,重点介绍了DNA电化学传感器研究的现状、应用、优缺点及发展趋势。第二章以邻苯二胺为原料,合成了2个苯并咪唑类化合物和1个苯并咪唑配合物,用元素分析、红外光谱、核磁对产物进行了表征。其中两个中间产物培养出了单晶,并用X-射线衍射分析确定了其结构。第三章运用循环伏安法及微分脉冲伏安法研究了Cu（bzim）（H2O）Cl2与鲑鱼精DNA的相互作用,结果表明Cu（bzim）（H2O）Cl2通过嵌插作用与DNA结合。通过共价键合法,以Cu（bzim）（H2O）Cl2为指示剂制备了DNA生物传感器,检测了21-碱基DNA和27-碱基DNA的检测线性范围分别为3.51×10-72.04×10-6mol·L-1和1.96×10-72.23×10-6mol·L-1,检测限分别为9.52×10-8mol·L-1和5.81×10-8mol·L-1（S/N = 3）。第四章以Cu（bzim）（H2O）Cl2和[Co（phen）3（ClO4）3]作为杂交指示剂,用修饰了长链捕获探针DNA的玻碳电极靶DNA杂交得到“夹心型”生物传感器。检测了48-碱基DNA的检测线性范围为1.32×10-72.50×10-6mol·L-1,检测限为2.32×10-8mol·L-1（S/N = 3）。对于“夹心型”方法,ΔI（与S2+S2’杂交和只与S2’杂交的修饰电极上Cu（bzim）（H2O）Cl2的信号差）是与DNA的浓度成线性的,线性范围为2.63×10-82.52×10-6mol·L-1。夹心型检测方法与非夹心型检测方法相比,可以提高21-碱基HBV靶DNA的检测限和线性范围。第五章以Cu（bzim）（H2O）Cl2作为杂交指示剂,制备了修饰了多壁碳纳米管的DNA生物传感器,并检测了线性范围为3.94×10-91.56×10-6mol·L-1,检测限为8.22×10-10mol·L-1。通过对裸玻碳电极、ssDNA/GCE、dsDNA/GCE在分别嵌合指示剂后微分脉冲伏安行为的比较,说明ssDNA/GCE有良好的选择性。第六章运用循环伏安法及微分脉冲伏安法研究了酶促产物3-氨基酚噁嗪（AP）和苯酚在玻碳电极上的电化学行为。通过在玻碳电极上固定了氨基修饰的两种不同捕获探针,分别与互补的靶DNA杂交,再与生物素-亲和素-HRP和生物素-亲和素-ALP修饰的互补DNA杂交,得到了一种新型的“夹心型”双酶DNA电化学生物传感器,可以同时检测两种不同的DNA。测定了“夹心型”双酶DNA电化学传感器检测线性范围和检测限。靶T1检测线性范围分别为3.32×10-71.59×10-6mol·L-1和8.53×10-101.6×10-8mol·L-1,靶T2检测线性范围分别为2.7×10-71.3×10-6mol·L-1和6.81×10-101.3×10-8mol·L-1,检测限分别为1.01×10-11mol·L-1和3.64×10-11mol·L-1。最后为结论部分,对全文内容进行了总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1 苯并咪唑类化合物的性质
• 2 苯并咪唑类化合物与DNA 作用的研究方法
• 2.1 紫外光谱
• 2.2 荧光光谱
• 2.3 黏度法研究
• 2.4 电化学方法研究
• 3 DNA 生物传感器的研究
• 3.1 DNA 生物传感器的设计原理
• 3.2 DNA 生物传感器的分类
• 3.3 DNA 生物传感器研究现状
• 3.3.1 DNA 电化学生物传感器
• 3.3.2 DNA 电化学传感器的设计
• 3.3.3 探针DNA 的固定
• 3.3.4 DNA 杂交的电化学转换
• 3.4 DNA 生物传感器的应用
• 3.4.1 环境检测中的应用
• 3.4.2 临床诊断中的应用
• 3.4.3 药物检测与新药开发
• 3.5 DNA 生物传感器的优缺点
• 3.6 DNA 生物传感器的发展趋势
• 4 立题依据及研究内容
• 第二章 苯并咪唑类衍生物的合成
• 1 实验部分
• 1.1 苯并咪唑衍生物的合成
• 1.1.1 仪器与试剂
• 1.1.2 化合物Ⅲ和Ⅵ的合成方法
• 1.1.3 晶体数据收集及结构检测
• 1.1.3.1 化合物Ⅲ晶体数据收集及结构检测
• 1.1.3.2 化合物Ⅳ晶体数据收集及结构检测
• 1.2 苯并咪唑Cu（II）配合物的合成
• 1.2.1 仪器与试剂
• 1.2.2 苯并咪唑Cu（II）配合物的合成
• 2 结果与讨论
• 2.1 化合物的元素分析（EA）
• 2.2 化合物的红外光谱分析（IR）
• 2.2.1 化合物Ⅷ的红外光谱分析
• 2.3 化合物的核磁共振氢谱分析（1H NMR）
• 2.3.1 化合物Ⅴ及Ⅵ的核磁共振氢谱分析
• 2.4 化合物的晶体结构
• 2.4.1 化合物Ⅲ的晶体结构解析
• 2.4.2 化合物Ⅳ的晶体结构解析
• 3 小结
• 第三章 Cu（bzim）（H20）C12与DNA作用的电化学研究和DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 Cu（bzim）（ H20）C12与DNA相互作用的电化学行为
• 1.2.2 Cu（bzim）（ H20）C12与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 1.2.3 玻碳电极的预处理
• 1.2.4 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 1.2.5 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 1.2.6 指示剂的嵌入
• 1.2.7 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2.1 Cu（bzim）（ H20）C12与DNA相互作用的电化学研究
• 2.1.1 pH值对Cu（bzim）（H20）C12与DNA相互作用的影响
• 2.1.2 扫速对Cu（bzim）（H20）C12的氧化峰电流的影响
• 2.1.3 反应时间对Cu（bzim）（H20）C12与DNA相互作用的影响
• 2.1.4 Cu（bzim）（H20）C12与DNA相互作用的荧光光谱研究
• 2.2 电化学传感器的研究
• 2.2.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 2.2.2 DNA 电化学传感器的选择性
• 2.2.3 DNA 电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.2.4 DNA 电化学生物传感器的再生
• 2.2.5 杂交dsDNA 修饰电极的稳定性
• 3 小结
• 第四章 以Cu（bzim）（H20）C12为指示剂的夹心型DNA生物传感器的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 玻碳电极的预处理
• 1.2.2 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 1.2.3 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交与指示剂的嵌入
• 1.2.4 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2.1 夹心型DNA 电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.2 “夹心型”生物传感器的信号放大
• 2.3 用[Co（phen）3（C104）3]的对照实验
• 3 小结
• 第五章 多碳纳米管修饰的DNA 生物传感器电化学研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 多碳纳米管的酸化处理
• 1.2.2 玻碳电极的预处理
• 1.2.3 多碳纳米管修饰电极的制备
• 1.2.4 多碳纳米管修饰电极的电化学测定
• 1.2.5 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 1.2.6 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 1.2.7 指示剂的嵌入
• 1.2.8 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2.1 多壁碳纳米管修饰电极的电化学研究
• 2.1.1 缓冲溶液对多壁碳纳米管修饰电极电化学检测的影响
• 2.1.2 pH 值对多壁碳纳米管修饰电极的影响
• 2.1.3 扫速对多壁碳纳米管修饰电极氧化峰电流的影响
• 2.2 多壁碳纳米管修饰的电化学传感器研究
• 2.2.1 多壁碳纳米管修饰的DNA 电化学传感器的选择性
• 2.2.2 多壁碳纳米管修饰的DNA 电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 3 小结
• 第六章 “夹心型”双酶修饰的DNA 生物传感器电化学研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器与试剂
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 玻碳电极的预处理
• 1.2.2 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 1.2.3 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 1.2.4 生物素修饰的DNA 和亲和素修饰的酶反应
• 1.2.5 修饰后玻碳电极上DNA 的再次杂交
• 1.2.6 修饰后玻碳电极在溶液中的酶促反应
• 1.2.7 电化学测定
• 2 结果与讨论
• 2.1 酶促反应过程
• 2.2 酶促产物的电化学性质研究
• 2.2.1 酶促产物的循环伏安和微分脉冲伏安曲线
• 2.2.2 pH 值对酶促产物的影响
• 2.2.3 反应时间对酶促产物的影响
• 2.2.4 反应温度对酶促产物的影响
• 2.2.5 酶促产物的稳定性
• 2.3 “夹心型”双酶修饰DNA 电化学传感器的制备
• 2.3.1 “夹心型”双酶修饰DNA 电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.3.2 “夹心型”双酶修饰DNA 电化学传感器的选择性
• 2.3.3 “夹心型”双酶修饰DNA 电化学传感器的稳定性
• 3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录