直立有序碳納米管和金電極在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用研究.pdf

1、近些年來(lái)，由于在基因疾病診斷、環(huán)境監(jiān)控檢測(cè)、現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)、法醫(yī)鑒定、藥物研究等方面的需求，對(duì)特定DNA序列、蛋白、酶等進(jìn)行快速、高效、高靈敏度、低檢測(cè)限，高選擇性的檢測(cè)有著越來(lái)越重要的作用和影響。其中，電化學(xué)生物傳感器，由于其低成本、較高的靈敏度、簡(jiǎn)便、能夠與現(xiàn)代微電子技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)，在近期收到了廣大研究者的重視，是當(dāng)今研究醫(yī)學(xué)以及生物學(xué)等領(lǐng)域的前沿性課題。作為多壁碳納米管中的一種，直立碳納米管具有良好的導(dǎo)電性和較大表面積等優(yōu)勢(shì)。因此，將直

2、立碳納米管作為一種理想的電極材料被廣泛地應(yīng)用到生物傳感器之中，其較大的表面積有利于固定DNA和各種蛋白質(zhì)等，并且功能化后的直立碳納米管陣列可以通過(guò)鍵合作用與生物分子一起固定于電極表面，在電化學(xué)分析研究中有廣泛的應(yīng)用前景。電化學(xué)交流阻抗方法是一種研究電極界面的性質(zhì)、電極過(guò)程的檢測(cè)技術(shù)?？梢蕴峁╇娮觽鬟f技術(shù)和雙電層電容等參數(shù)，可以用于對(duì)電極界面和電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的研究。將此技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建的生物傳感器中，可以檢測(cè)反應(yīng)前后電極表面的變化，具有無(wú)標(biāo)

3、記、快速、靈敏等優(yōu)點(diǎn)。本文的新穎之處在于，將不同的電極材料、各種生物分子和電化學(xué)分子技術(shù)相結(jié)構(gòu)，研制出高選擇性的生物傳感器，用于DNA和酶的分析檢測(cè)。成功研制出直立碳納米管陣列修飾的電極在均相溶液中，通過(guò)主客體識(shí)別對(duì)DNA進(jìn)行檢測(cè)，雜交效率高，對(duì)單堿基的檢測(cè)更加靈敏和準(zhǔn)確。此外，我們還成功研制出無(wú)標(biāo)記型檢測(cè)半胱天冬蛋白酶-3的生物傳感器，方法簡(jiǎn)單、廉價(jià)、快速，為DNA、蛋白質(zhì)和酶的檢測(cè)提供了多種方法。本研究分為三個(gè)部分：
　　

4、第一章：緒論。介紹了電化學(xué)生物傳感器的研究進(jìn)展，著重介紹生物傳感器的的構(gòu)建目的、原理，方法等。接著介紹了直立碳納米管、主客體識(shí)別的技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用。最后簡(jiǎn)述了本論文的研究目的、意義、內(nèi)容和新穎之處。
　　 第二章：β-環(huán)糊精衍生物重氮化修飾直立碳納米管及其通過(guò)主客體識(shí)別在均相溶液的DNA雜交檢測(cè)中的應(yīng)用。在直立碳納米管(ACNTs)上，通過(guò)重氮化反應(yīng)修飾上β-環(huán)糊精的衍生物，然后制備好的β-CD/ACNTs電極可以在均相

5、溶液中，通過(guò)主客體識(shí)別對(duì)DNA的雜交進(jìn)行檢測(cè)。在我們的實(shí)驗(yàn)方案中，為了實(shí)現(xiàn)同類性質(zhì)的DNA雜交，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙修飾DNA探針(DLP)，實(shí)驗(yàn)中的DNA兩端都進(jìn)行了修飾，其中一端修飾上dabcyl，作為β-CD的客體分子，另一端修飾上CdS的納米顆?？梢宰鳛殡娀瘜W(xué)信號(hào)，檢測(cè)DNA雜交信號(hào)。如果沒(méi)有目標(biāo)DNA，雙修飾DNA探針(DLP)可以在溶液中保持其發(fā)夾結(jié)構(gòu)，探針就不可以被β-CD/ACNTs電極捕獲。當(dāng)有互補(bǔ)DNA鏈存在的時(shí)候，DLP就

6、可以打開(kāi)與目標(biāo)鏈形成雙鏈的DNA(dsDNA)，這樣β-CD/ACNTs電極就可以通過(guò)β-CD和dabcyl的主客體識(shí)別捕獲dsDNA。因此，雜交可以明顯改變DLP的結(jié)構(gòu)，dsDNA可以被捕獲到β-CD/ACNTs電極上，就可以檢測(cè)到CdS nanoparticles-dsDNA/β-CD/ACNTs的電化學(xué)信號(hào)，在最優(yōu)條件下，該實(shí)驗(yàn)方法的檢測(cè)限為5.0×10-13 M，且對(duì)DNA檢測(cè)有良好的選擇性。
　　 第三章：新型的無(wú)標(biāo)記

7、型使用電化學(xué)阻抗檢測(cè)caspase-3的方法。使用一種新型的無(wú)標(biāo)記型電化學(xué)阻抗方法檢測(cè)caspase-3。首先，由于半胱氨酸C含有巰基，因此在金電極上，通過(guò)自組裝的方法修飾上多肽GDGDEVDGC，因此會(huì)導(dǎo)致金電極表面的電子轉(zhuǎn)移受阻，因此電極表面的電化學(xué)阻抗值較大。但是半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)會(huì)特異性剪切多肽片段DEVD，因此當(dāng)caspase-3剪切D之后，金電極表面的電子轉(zhuǎn)移變好，阻抗值變小。由此我們可以通過(guò)電化學(xué)阻抗