基于核酸酶的高灵敏度和高选择性的铀的生物传感方法研究

摘要

铀作为核工业发展的主要原材料，在利用过程中会带来放射性核素污染问题，由此带来的危害主要表现在两个方面：化学毒性和辐射毒性。化学毒性表现在对肾脏、免疫系统、神经系统、生殖生育等影响，辐射毒性则是DNA致突和致癌作用。铀的现行检测方法中，存在检测仪器昂贵，或是检测限高、干扰较大等问题。所以，建立简便、选择性好、灵敏度高的检测方法对于环境中铀污染物的有效监测、防患于未然是极其重要的。
　　本文第二章建立了核酸外切酶III辅助底物碎片循环信号放大超灵敏检测铀酰离子的新方法。铀酰离子能特异性地与DNA酶作用，诱导DNA酶的构象发生变化，释放出ssDNA。加入MB之后，游离出的ssDNA与分子信标杂交形成双链，加入ExoⅢ后，外切酶Ⅲ对特定识别位点进行剪切，打开的MB被剪切为单个碱基，而ssDNA不被剪切并与下一个MB杂交，引起二次循环裂解，导致荧光信号积聚，经过多次循环，可使荧光信号放大。在优化出的最佳实验条件下，铀酰离子浓度范围为8.1×10-12mol/L~9.5×10-11mol/L时，体系的荧光变化值呈现较好的线性关系，线性回归方程为ΔF=162.3c（10-11mol/L）+22.01，相关系数 r=0.990。根据空白管的标准偏差Sb和标准曲线的斜率k算出LOD为2.4pM。该方法选择性好，灵敏度高于迄今为止已报道的方法。
　　本文第三章建立了非标记 DNAzyme构象改变荧光法检测铀酰离子的新方法。实验表明，在pH5.5 MES缓冲溶液中，当体系中不存在铀酰离子时，SYBR GreenⅠ(SG)能通过嵌入和小沟结合方式与脱氧核酶作用，导致荧光增强；当铀酰离子存在时，DNAzyme的rA碱基处断裂，游离出单链，此时SG与单链DNA作用减弱，荧光信号降低，且体系的荧光强度变化值与铀酰离子浓度在1.73×10–9～4.40×10–8 mol/L范围内呈良好线性关系，线性回归方程为ΔF=108.99c(×10-8mol/L)+79.22，相关系数r=0.990。根据空白管的标准偏差Sb和标准曲线的斜率k算出LOD为5.2×10–10 mol/L。该方法操作简单、选择性好，灵敏度高。
　　本文第四章基于DNAzyme-MB-GO系统，提出了检测铀酰离子的生物传感策略。研究表明，铀酰离子能特异性地与 DNAzyme作用，诱导DNA酶的构象发生变化，释放出单链DNA（ssDNA），加入单标记的分子信标（MB），游离出的ssDNA与MB杂交形成双链，随后加入氧化石墨烯（GO），此时未被杂交的分子信标将会被氧化石墨烯吸附，导致荧光背景信号降低。铀酰离子浓度范围为1.35×10–9～2.5×10–8 mol/L和1.03×10–8~1.75×10–7 mol/L时，体系的荧光变化值呈现较好的线性关系，线性回归方程分别为ΔF=20.19c(×10-8 mol/L)+0.13和ΔF=26.59c(×10-7mol/L)+57.36;相关系数分别为r=0.980和r=0.993。根据空白管的标准偏差Sb和标准曲线的斜率k算出LOD为4.06×10–10mol/L。

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主要缩写符号与对照

第1章 绪论

1.1研究意义

1.2铀的主要检测方法

1.3功能化核酸

1.4 课题构思和研究内容

第2章 核酸外切酶III辅助底物碎片循环信号放大超灵敏检测铀酰离子

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 样品测定

2.5 小结

第3章非标记SYBR GreenⅠ-DNAzyme荧光法检测铀酰离子

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 样品测定

3.5 小结

第4章 基于DNAzyme-MB-GO生物传感法检测铀酰离子

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 实际样品测定

4.5 小结

第5章 结论

参考文献

综述:基于DNAzyme生物传感器检测铀酰离子的进展

作者攻读学位期间的科研成果

致谢