DNA電化學(xué)傳感器的構(gòu)建及其應(yīng)用研究.pdf

1、DNA電化學(xué)傳感器結(jié)合了電分析化學(xué)與分子生物學(xué)，是一種全新的生命科學(xué)研究方法，并在生命科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。DNA電化學(xué)傳感器既具有電分析化學(xué)的特點(diǎn)，又具有生物分子間的特異性親和能力和對(duì)目標(biāo)物的特定識(shí)別能力，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)物高靈敏高選擇地檢測(cè)。由于DNA電化學(xué)傳感器具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏、成本低的特點(diǎn)，近年來(lái)，它在食品安全、環(huán)境檢測(cè)、藥物研究和臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文采用電化學(xué)阻抗和差分脈沖

2、技術(shù)，構(gòu)建了三種DNA電化學(xué)傳感器。主要研究工作如下:
　　 1、基于輔助探針構(gòu)建靈敏免標(biāo)記的阻抗DNA傳感器
　　 利用固定在捕獲探針旁的輔助探針，采用電化學(xué)交流阻抗為檢測(cè)方法，建立了一種高靈敏、免標(biāo)記的電化學(xué)DNA傳感器。該傳感器是由5'端標(biāo)記巰基的捕獲探針、3'端標(biāo)記巰基的輔助探針，以及無(wú)標(biāo)記的指示探針三條單鏈DNA構(gòu)成，采用巰基己醇封閉非特異性結(jié)合位點(diǎn)。利用交流阻抗法研究了電極制備、DNA雜交和目標(biāo)物檢測(cè)的變化過(guò)

3、程。探討了輔助探針對(duì)傳感器提高靈敏度的效果，對(duì)比了有輔助探針的傳感器和無(wú)輔助探針的傳感器檢測(cè)相同目標(biāo)物的靈敏度。實(shí)驗(yàn)表明，輔助探針能夠有效地放大檢測(cè)信號(hào)，提高傳感器的靈敏度。由于DNA帶有負(fù)電荷，隨著電極表面DNA的增多，電極表面負(fù)電荷增多，對(duì)帶有負(fù)電荷探針的排斥力增強(qiáng)，因此，電信號(hào)逐漸增強(qiáng)。由于輔助探針相當(dāng)于固定劑，使指示探針靠近并牢牢固定在電極表面。加入目標(biāo)DNA后，電極表面的負(fù)電荷不僅增多了，而且電極表面的DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增大

4、了電極表面的空間位阻，有效地阻礙了電極表面和電解液間的電子轉(zhuǎn)移，電信號(hào)顯著增強(qiáng)。結(jié)果表明，阻抗的增量與目標(biāo)DNA濃度呈良好的線性關(guān)系(R2=0.9972)該傳感器具有較寬的線性范圍(0.1nM-0.5μM)和較高的靈敏度(6.3pM)。本研究為構(gòu)建DNA傳感器提供了新的方法。
　　 2、以結(jié)晶紫作為i-motif結(jié)構(gòu)探針，構(gòu)建可逆免標(biāo)記的電化學(xué)pH傳感器
　　 采用結(jié)晶紫作為i-motif結(jié)構(gòu)的選擇性探針和信號(hào)指示劑，建

5、立了一種簡(jiǎn)單的電化學(xué)pH傳感器。巰基修飾的富-C堿基ssDNA通過(guò)金-硫鍵固定在電極表面構(gòu)成了電化學(xué)轉(zhuǎn)換器。結(jié)晶紫屬三苯甲烷類染料，具有良好的電化學(xué)性質(zhì)，由于三個(gè)苯環(huán)的π-π共軛作用，使其能與i-motif結(jié)構(gòu)結(jié)合。通過(guò)結(jié)晶紫的電化學(xué)行為，研究i-motif構(gòu)型隨pH的變化，在酸性溶液中，由于i-motif結(jié)構(gòu)的形成，結(jié)晶紫能接近電極表面而產(chǎn)生明顯的信號(hào)。在中性或堿性溶液中，i-motif結(jié)構(gòu)解離成單鏈，使結(jié)晶紫離開電極表面，產(chǎn)生弱的信

6、號(hào)。在pH值為4.6-7.3范圍內(nèi)，峰電流值與檢測(cè)溶液pH值呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系(R=0.989)。該pH傳感器具有簡(jiǎn)單、靈敏、選擇性較高和可逆性較好的優(yōu)點(diǎn)。
　　 3、選擇性檢測(cè)Ag+和半胱氨酸的免標(biāo)記電化學(xué)傳感器的研制
　　 利用Ag+與C-C堿基對(duì)的選擇性結(jié)合和Ag+與半胱氨酸(Cys)的較強(qiáng)結(jié)合作用，以[Fe(CN)6]3-/4-為指示劑，建立檢測(cè)Ag+和Cys的電化學(xué)傳感器。以5'端標(biāo)記巰基的富含胞嘧啶的單鏈核苷

7、酸(C-richssDNA)作為捕獲探針，通過(guò)金硫作用固定在電極表面構(gòu)成了電化學(xué)傳感器。采用交流阻抗法、循環(huán)伏安法研究了電極制備和目標(biāo)物檢測(cè)的變化過(guò)程。由于Ag+能與C-C錯(cuò)配堿基對(duì)特異性結(jié)合形成C-Ag+-C堿基對(duì)，加入Ag+使C-richssDNA形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，發(fā)卡結(jié)構(gòu)能夠有效增大電極表面的空間位阻，有效地減少電子轉(zhuǎn)移，阻抗隨著Ag+濃度而增大。實(shí)驗(yàn)表明，Ag+濃度在0.5nM-3.0μM范圍內(nèi),阻抗的增量與Ag+濃度的對(duì)數(shù)呈現(xiàn)良好