基于纳米材料和环糊精的新型DNA电化学生物传感器的研究

华东师范大学博士学位论文基于纳米材料和环糊精的新型DNA电化学生物传感器的研究姓名：常竹申请学位级别：博士专业：分析化学指导教师：何品刚;方禹之20080501基于纳米材料和环糊精的新型DNA电化学生物传感器的研究作者：常竹学位授予单位：华东师范大学相似文献(1条)1.学位论文杨琳DNA电化学生物传感器的设计2006随着人类基因组计划(HGP)的实施，基因诊断已经成为分子生物学和生物医学研究中的重要领域。人体、病毒和细菌核酸中特定碱基序列的检测在疾病诊断、食品污染、法医鉴定和环境监测等领域都将会发挥越来越重要的作用。大规模的基因检测要求建立更简便、迅速、廉价、微型化的分析装置。许多新的生物技术的开发，为发展高灵敏度、高特异性的基因分析检测方法注入了活力，其中利用DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的各种DNA生物传感技术，受到生物分析工作者的高度重视。电化学DNA生物传感器以其灵敏度高、轻巧便宜、携带方便、耗能少、能与现代微电子技术联用，易于实现微型化等优点，受到了研究者们的广泛关注，俨然成为当今生物学、医学领域的前沿性课题。法拉第交流阻抗技术是研究电极过程的有效工具，被广泛的应用于电化学研究领域，可以得到比其他电化学方法更多的动力学信息及电极界面结构的信息，例如，电子传递电阻、双电层电容等。用该技术构建的电化学DNA生物传感器，可以检测杂交前后电极表面电化学性质的变化，具有灵敏、迅速、非标记的优点。近两年，随着人类基因组计划的完成和功能基因学、蛋白组学研究的开展，发展能对重要蛋白质进行实时检测跟踪的高灵敏度的分析方法是后基因组时期一个重要的研究领域。传统蛋白质的检测主要利用抗体-抗原的特异相互作用。核酸识体对蛋白质的结合力和特异性可与蛋白质的抗原抗体间的作用力相媲美，且比抗体有许多优越性。例如：核酸识体是人工化学合成，合成简单、稳定性、重现性好，而且可以按需要对序列中的核苷酸定点修饰各种官能团(如荧光基团等)，便于核酸识体的固定化和信号的检测，与蛋白质作用的动力学参数可以按要求改变等。因此人们利用核酸适体构建蛋白质生物传感器已引起许多科学工作者的关注。本论文有机结合了核酸分子的碱基互补配对原则、法拉第交流阻抗技术以及核酸适体对蛋白质的特异性识别能力，设计了几种新型的电化学DNA生物传感器，不仅能快速、灵敏和准确的检测特定序列的DNA片段，还能识别对应的蛋白质分子，拓宽了后基因时代的研究领域论文分为五章：第一章：绪论首先系统介绍了DNA生物传感器的基本结构和分类。着重介绍了DNA电化学生物传感器的设计，如DNA片段的固定方法、DNA杂交及杂交信号的转化两方面。接着介绍了交流阻抗技术的基本原理，及在DNA生物传感器方面的应用和研究进展。最后介绍了核酸适体的概念及应用、研究现状。第二章：基于硫堇—碳纳米管修饰电极的电化学DNA生物传感器本章介绍了一种基于硫堇-碳纳米管修饰的玻碳电极构建的DNA生物传感器，检测痕量的目标DNA。利用硫堇(TH)和羧基化的多壁碳纳米管之间的π-π堆积作用将硫堇连接到碳纳米管上，固定、杂交。然后用差分脉冲伏安法(DPV)检测道诺酶素和修饰电极表面的双链DNA(dsDNA)发生相互作用时所产生的电信号。电极表面修饰的硫堇-碳纳米管，一方面可以显著增加DNA的固定量，另一方面可以增强电极表面的电子传递能力。因此该硫堇-碳纳米管修饰电极相比于其它电极可以获得更低的检测限，达到3.0×10-13M。第三章基于交流阻抗技术构建的DNA生物传感器本章设计了一种基于交流阻抗技术构建的DNA生物传感器直接监测DNA杂交的方法。将5’端巯基修饰的24个碱基的寡聚核苷酸DNA(SH-ssDNA)和巯基乙酸(SH-CH2COOH)同时自组装到金电极表面，形成杂交识别层，用循环伏安法和法拉第交流阻抗技术进行监测，取杂交前后信号的改变值作为杂交信号。实验中优化了各项条件，如杂交识别层的固定时间、杂交识别层中SH-ssDNA和SH-CH2COOH的比例、杂交温度和时间等。在优化的实验条件下，此DNA生物传感器能达得到3.0×10-14M的检测下限；单碱基错配和三碱基错配的信号值分别为完全互补序列的55.6％和1.3％。第四章基于硫堇电荷中和作用的电化学阻抗DNA杂交传感器本章介绍了一种运用硫堇电荷中和作用构建的交流阻抗DNA杂交传感器。将5’端修饰有巯基的单链发卡DNA探针与巯基乙酸同时自组装到金电极表面，形成DNA分子识别层。然后将硫堇分子嵌入到杂交后的双链DNA分子中，利用硫堇对双链DNA的电荷中和作用使修饰电极的表面电子传递电阻(Ret)减小。实验中选择发卡DNA探针修饰电极和硫堇嵌入后的双链DNA修饰电极的Ret差值作为杂交信号，以基于发卡DNA探针的特殊结构和硫堇的嵌入法扩增杂交信号，该DNA杂交传感器具有较好的检测灵敏度和选择性。在杂交温度优化条件下，此DNA传感器的对完全互补链的检测下限为5.0×10-13M，一个碱基错配序列的杂交信号是完全互补序列信号的38.9％。第五章基于交流阻抗技术和DNA适体构建的蛋白质传感器本章利用核酸适体的识别能力和电化学交流阻抗分析技术设计了一种具有高灵敏度和高选择性的蛋白质传感器。将凝血酶核酸适体(AptamerⅠ)自组装到金片电极表面，形成生物识别层，特异性识别目标蛋白凝血酶。本文运用交流阻抗技术表达AptamerⅠ识别蛋白质的过程，另外使用了变性剂盐酸胍使信号得到扩增，也相应提高了该蛋白质生物传感器的灵敏度。本文能检测出的凝血酶(活性为10Umg-1)的最小浓度是1.0×10-14M。本文链接：授权使用：凤元杰(wfjxxy)，授权号：dcdb7047-40e4-4d1e-90d5-9ea2011db6ad下载时间：2011年3月10日