基于多吡啶类金属配合物为指示剂的DNA电化学生物传感器的研究

论文摘要

本论文合成了一系列多吡啶类金属配合物,通过元素分析、红外光谱测定其结构。利用电化学和光谱的方法研究了这些化合物与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DNA电化学传感器,用于识别和测定互补的DNA片断。对电极表面进行修饰,制备成DNA探针,并将DNA探针应用于靶序列DNA片断的识别。能有效的识别互补的ssDNA片断,具有良好的选择性,可用于实际样品的分析。共分为三部分。（1）合成了配体4,5-二氮芴-9-酮（dafone）和配合物Cu（dafone）2Br2,在0.20 mol·L-1、pH 8.0的B-R缓冲溶液中,运用循环伏安法研究了Cu（dafone）2Br2与DNA的相互作用。选择了合适的缓冲溶液、pH值、反应时间等最佳作用条件。结果表明,Cu（dafone）2Br2可以通过嵌插作用与DNA结合,实验求得其结合比为3:1,结合常数为2.80×1012 L3·mol-3。以Cu（dafone）2Br2为杂交指示剂,通过共价键合法进一步制备成DNA生物传感器。通过对不同修饰的电极在嵌合指示剂后微分脉冲伏安行为的比较,说明指示剂有良好的选择性。测定了DNA电化学传感器检测乙肝病毒的检测线性范围为4.56×10?8 1.25×10?7 mol·L-1,检测限为3.18×10-9 mol·L-1（S/N = 3）。（2）合成了一种新的Mn配合物MnL2Cl2（L = 4,5-二氮芴-9-酮连氮）,并基于它与DNA的相互作用将其作为一种杂交指示剂制成了DNA电化学传感器。用电化学方法研究了[MnL2]2+与DNA在玻碳电极（GCE）表面的相互作用,实验表明其作用模式主要是嵌插作用。[0]通过对互补链DNA、完全非互补链DNA、碱基错配DNA与探针DNA的杂交信号在嵌合指示剂后微分脉冲伏安行为的比较,说明指示剂有良好的选择性。测定了DNA电化学传感器检测乙肝病毒（HBV）的检测线性范围为1.76×10-8 1.07×10-6 mol·L-1,检测限为6.80×10-9 mol·L-（1S/N = 3）。（3）研究了[CuL2]2+与DNA在GCE上的电化学行为。通过循环伏安法和荧光分析法研究了[CuL2]2+与DNA相互作用,结果表明[CuL2]2+以两种结合方式与DNA结合。以[CuL2]2+作为杂交指示剂制成了DNA电化学生物传感器,各种杂交实验最佳条件也通过实验测得。测定了DNA电化学传感器检测HBV的检测线性范围为1.74×10-9 3.45×10-7 mol·L-1,检测限为8.32×10?10 mol·L-1（S/N =3）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 DNA 的结构和性质
• 1.1.1 核酸的组成和结构
• 1.1.2 DNA 与小分子的相互作用
• 1.2 DNA 生物传感器
• 1.2.1 DNA 电化学传感器的基本原理和结构
• 1.2.2 DNA 电化学传感器的制备
• 1.2.2.1 探针的固定
• 1.2.2.2 基底电极的选择
• 1.2.2.3 DNA 探针在电极表面的固定方法
• 1.2.3 DNA 电化学传感器的检测
• 1.3 多吡啶金属配合物与核酸的作用
• 1.3.1 多吡啶过渡金属配合物与DNA 作用的研究现状
• 1.3.2 DNA 结构探针的研究
• 1.4 乙型肝炎病毒（HBV）简介
• 1.5 课题立项依据及研究内容
• 第二章 以4,5-二氮芴-9-酮（dafone）为配体的铜（II）配合物为指示剂的DNA电化学传感器
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.2.1 制备4,5-二氮芴-9-酮（dafone）配体
• 2Br₂'>2.1.2.2 制备配合物Cu（dafone）₂Br₂
• 2Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究'>2.1.2.3 Cu（dafone）₂Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究
• 2.1.2.4 制备电化学DNA 传感器
• 2.1.2.4.1 玻碳电极的预处理
• 2.1.2.4.2 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 2.1.2.4.3 修饰后玻碳电极上 DNA 的杂交
• 2.1.2.4.4 指示剂的嵌入
• 2.1.2.4.5 电化学测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 配体的光谱分析
• 2Br₂ 的电化学性质研究'>2.2.2 Cu（dafone）₂Br₂的电化学性质研究
• 2Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究'>2.2.2.1 Cu（dafone）₂Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa 的影响'>2.2.2.2 pH 对[Cu（dafone）₂]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa的影响
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa 的影响'>2.2.2.3 反应时间对[Cu（dafone）₂]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa的影响
• 2]²⁺氧化峰电流I_pa 的影响'>2.2.2.4 扫速对[Cu（dafone）₂]²⁺氧化峰电流I_pa的影响
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa 的影响'>2.2.2.5 DNA 浓度对[Cu（dafone）₂]²⁺氧化峰电流变化ΔI_pa的影响
• 2]²⁺复合物的结合比及结合常数'>2.2.2.6 DNA-[Cu（dafone）₂]²⁺复合物的结合比及结合常数
• 2.2.3 DNA 电化学传感器的制备
• 2.2.3.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 2]²⁺作用的影响'>2.2.3.2 离子强度对dsDNA/GCE 与[Cu（dafone）₂]²⁺作用的影响
• 2.2.3.3 DNA 电化学传感器的选择性
• 2.2.3.4 DNA 电化学传感器的检测线性范围与检测限
• 2.2.3.5 杂交dsDNA 修饰电极的稳定性和重现性
• 2.3 本章小结
• 第三章 以4,5-二氮芴-9-酮连氮（L）为配体的锰（II）配合物为指示剂的 DNA 电化学传感器
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.2.1 配体4,5-二氮芴-9-酮连氮（L）的合成
• 2Cl₂'>3.1.2.2 制备配合物MnL₂Cl₂
• 2Cl₂ 与DNA 相互作用的电化学研究'>3.1.2.3 MnL₂Cl₂ 与DNA 相互作用的电化学研究
• 2Cl₂ 与DNA 相互作用的荧光光谱研究'>3.1.2.4 MnL₂Cl₂ 与DNA 相互作用的荧光光谱研究
• 3.1.2.5 制备电化学DNA 传感器
• 3.1.2.5.1 玻碳电极的预处理
• 3.1.2.5.2 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 3.1.2.5.3 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 3.1.2.5.4 指示剂的嵌入
• 3.1.2.5.5 电化学测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 配体的光谱分析
• 2Cl₂ 的电化学性质研究'>3.2.2 MnL₂Cl₂的电化学性质研究
• 2Cl₂ 与DNA 相互作用的循环伏安图'>3.2.2.1 MnL₂Cl₂ 与DNA 相互作用的循环伏安图
• 2]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc 的影响'>3.2.2.2 pH 对[MnL₂]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc的影响
• 2]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc 的影响'>3.2.2.3 反应时间对[MnL₂]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc的影响
• 2]²⁺还原峰电流I_pc 的影响'>3.2.2.4 扫速对[MnL₂]²⁺还原峰电流I_pc的影响
• 2]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc 的影响'>3.2.2.5 DNA 浓度对[MnL₂]²⁺还原峰电流变化ΔI_pc的影响
• 2]²⁺复合物的结合比及结合常数'>3.2.2.6 DNA-[MnL₂]²⁺复合物的结合比及结合常数
• 2]²⁺与DNA 作用的荧光光谱分析'>3.2.2.7 [MnL₂]²⁺与DNA 作用的荧光光谱分析
• 3.2.3 电化学传感器的研究
• 3.2.3.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 3.2.3.2 DNA 电化学传感器的选择性
• 3.2.3.3 线性范围与检测限
• 3.2.3.4 杂交dsDNA 修饰电极的稳定性
• 3.3 本章小结
• 第四章 以4,5-二氮芴-9-酮连氮（L）为配体的铜（II）配合物为指示剂的 DNA 电化学传感器
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器与试剂
• 4.1.2 实验方法
• 2Br₂'>4.1.2.1 制备配合物CuL₂Br₂
• 2Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究'>4.1.2.2 CuL₂Br₂ 与DNA 相互作用的电化学研究
• 2Br₂ 与DNA 相互作用的荧光光谱研究'>4.1.2.3 CuL₂Br₂ 与DNA 相互作用的荧光光谱研究
• 4.1.2.4 制备电化学DNA 传感器
• 4.1.2.4.1 玻碳电极的预处理
• 4.1.2.4.2 玻碳修饰电极的共价键合与DNA 的固定
• 4.1.2.4.3 修饰后玻碳电极上DNA 的杂交
• 4.1.2.4.4 指示剂的嵌入
• 4.1.2.4.5 电化学测定
• 4.2 结果与讨论
• 2Br₂ 的电化学性质研究'>4.2.1 CuL₂Br₂的电化学性质研究
• 2Br₂ 与DNA 相互作用的循环伏安图'>4.2.1.1 CuL₂Br₂ 与DNA 相互作用的循环伏安图
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响'>4.2.1.2 pH 对[CuL₂]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响'>4.2.1.3 反应时间对[CuL₂]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响
• 2]²⁺氧化峰电流Ipa 的影响'>4.2.1.4 扫速对[CuL₂]²⁺氧化峰电流Ipa 的影响
• 2]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响'>4.2.1.5 DNA 浓度对[CuL₂]²⁺氧化峰电流变化ΔIpa 的影响
• 2]²⁺复合物的结合比及结合常数'>4.2.1.6 DNA-[CuL₂]²⁺复合物的结合比及结合常数
• 2]²⁺与DNA 作用的荧光光谱分析'>4.2.1.7 [CuL₂]²⁺与DNA 作用的荧光光谱分析
• 4.2.2 DNA 电化学传感器的研究
• 4.2.2.1 玻碳修饰电极的电化学表征
• 4.2.2.2 DNA 电化学传感器的选择性
• 4.2.2.3 线性范围和检测限
• 4.2.2.4 DNA 电化学生物传感器的再生
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表及待发表的学术论文目录