基于固体电极修饰的DNA电化学生物传感器研究

论文摘要

本论文分三部分,第一部分合成了一种电活性配合物,并且用此配合物作为指示剂发展了一种新型的电化学DNA传感器;第二部分和第三部分发展了两种无指示剂的DNA传感器。1、合成了硝酸二水·双N-（2-吡啶甲基）苯甲酰胺合镉（II）(简称为[CdL2]2+)配合物,通过X-单晶衍射法表征了配合物的结构,用电化学和荧光的方法研究了此配合物与dsDNA的相互作用机理。结果表明[CdL2]2+在玻碳电极上有很好的电化学活性并且与dsDNA发生了嵌插结合作用。在0.2 mol L-1 NaAc-HAc （pH 7.02）介质中,[CdL2]2+与dsDNA形成的复合物的结合比为2-1,结合常数为25.56 L1/2mol-1/2。以[CdL2]2+为指示剂制备了一种检测乙肝病毒（HBV）的新型的电化学传感器。将21个碱基序列的HBV单链寡核苷酸（HBV-ssDNA）通过共价键合作用固定到玻碳电极上,与其互补序列单链DNA进行杂交,杂交信号通过微分脉冲的方法（DPV）进行表征。此DNA传感器对目标HBV-ssDNA的检测范围为1.01×10-81.62×10-6mol·L-1,相关系数为0.9962,检测限为7.19×10-9mol·L-1（3σ, n = 11）。2、制备了一种新型的用2-巯基苯并噻唑（MBT）自组装金电极检测目标ssDNA的电化学生物传感器。因为MBT可以嵌插入dsDNA的双螺旋之中,所以可以用Au-MBT选择性的区分ssDNA和dsDNA,通过扫描电镜和循环伏安的方法预先表征了Au-MBT的组装情况。在过量的探针ssDNA和适量的目标ssDNA的杂交溶液中,以组装电极为工作电极通过DPV表征了DNA的杂交情况。发现目标ssDNA的浓度与还原峰电流有一定的线性关系。此传感器对目标ssDNA的检测范围为1.59×10-82.4×10-6mol·L-1,检测限为2.38×10-9mol·L-1 （3σ, n = 11）。Au-MBT电极具有良好的重现性和再生性,在10次检测/再生的循环过程中,峰电流信号没有明显的变化。此种传感器制备方便,价格低廉,在连续和定量检测实际的生物样品中目标ssDNA方面具有很大的发展潜力。3、制备了一种用2-巯基苯并咪唑（MBI）自组装金电极检测目标ssDNA的电化学生物传感器。与第二部分不同的是,利用Au-MBI检测时,首先用固定了探针ssDNA的玻碳电极将目标ssDNA从样品中分离出来,然后将目标ssDNA转移到新的溶液中再用组装电极检测杂交情况,此传感器对目标ssDNA的检测范围为1.32×10-81.59×10-6mol·L-1,检测限为4.58×10-9mol·L-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 DNA 的组成、结构及其变性与复性
• 1.1.1 DNA的组成
• 1.1.2 DNA的结构
• 1.1.3 DNA的变性与复性
• 1.1.3.1 DNA 变性—DNA 生物功能表现所必需的
• 1.1.3.2 DNA 复性—核酸研究中的常用手段
• 1.2 小分子化合物与DNA的作用方式
• 1.2.1 非共价结合
• 1.2.2 共价结合
• 1.2.3 剪切作用
• 1.3 DNA与小分子作用的研究方法
• 1.3.1 电化学法
• 1.3.2 光谱法
• 1.3.3 序列凝胶电泳及足印迹分析技术
• 1.3.4 X-射线晶体衍射分析法
• 1.3.5 粘度法
• 1.3.6 其它方法
• 1.4 DNA电化学生物传感器的研究
• 1.4.1 DNA电化学生物传感器的基本结构
• 1.4.2 DNA电化学生物传感器的原理
• 1.4.3 ssDNA的固定方法
• 1.4.3.1 吸附法
• 1.4.3.2 共价键合法
• 1.4.3.3 自组装法
• 1.4.3.4 组合法
• 1.4.4 杂交指示剂的分类
• 1.4.4.1 有机染料类
• 1.4.4.2 药物小分子类
• 1.4.4.3 金属配合物
• 1.4.4.4 标记型杂交指示剂
• 1.5 DNA电化学生物传感器的应用与展望
• 1.5.1 DNA电化学生物传感器的应用
• 1.5.2 DNA电化学生物传感器的前景展望
• 1.6 立题依据
• 参考文献
• 第二章 硝酸二水?双N-（2-吡啶甲基）苯甲酰胺合镉（Ⅱ）与DNA相互作用的机理及DNA电化学传感器的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2]²⁺的合成'>2.2.2 配合物[CdL₂]²⁺的合成
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的荧光光谱研究'>2.2.3 [CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的荧光光谱研究
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的电化学行为'>2.2.4 [CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的电化学行为
• 2.2.5 DNA电化学生物传感器的制备
• 2.2.6 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 2.2.7 指示剂的嵌入
• 2.2.8 电化学测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 配合物的结构
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的荧光光谱研究'>2.3.2 [CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的荧光光谱研究
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的电化学行为'>2.3.3 [CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的电化学行为
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的影响'>2.3.4 pH对[CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的影响
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的影响'>2.3.5 反应时间对[CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的影响
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的影响'>2.3.6 扫速对[CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的影响
• 2]²⁺与dsDNA相互作用的结合比n及结合常数'>2.3.7 [CdL₂]²⁺与dsDNA相互作用的结合比n及结合常数
• 2.3.8 DNA电化学传感器的选择性
• 2.3.9 定量检测目标ssDNA
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 二巯基苯并噻唑自组装金电极检测和识别ssDNA的电化学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 制备和表征二巯基苯并噻唑自组装金电极（Au-MBT）
• 3.2.4 检测目标ssDNA
• 3.2.5 Au-MBT电极的重现性，再生性和稳定性
• 3.2.6 离子强度对dsDNA与 Au-MBT自组装电极相互作用的影响
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MBT组装金电极的表面特征
• 3.3.2 MBT组装电极的电化学行为
• 3.3.3 Au-MBT电极与dsDNA的相互作用
• 3.3.4 离子强度对Au-MBT电极与dsDNA的相互作用的影响
• 3.3.5 Au-MBT电化学传感器定量检测目标ssDNA
• 3.3.6 Au-MBT电化学传感器的重现性和再生性
• 3.3.7 Au-MBT电化学传感器的稳定性
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 二巯基苯并咪唑自组装金电极检测和识别ssDNA 的电化学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 制备和表征二巯基苯并咪唑组装金电极（Au-MBI）
• 4.2.3 制备和表征玻碳电极
• 4.2.4 不同DNA在巯基苯并咪唑修饰金电极上的电化学行为
• 4.2.5 检测目标ssDNA-B
• 4.2.6 离子强度对dsDNA与 Au-MBI自组装电极相互作用的影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 4.3.2 Au-MBI电极的电化学表征
• 4.3.3 dsDNA与Au-MBI 相互作用的电化学行为
• 4.3.4 裸金电极和自组装金电极与ssDNA相互作用的电化学行为
• 4.3.5 离子强度对dsDNA与 Au-MBI相互作用的影响
• 4.3.6 Au-MBI电化学传感器定量检测目标ssDNA
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文目录