基于聚硫堇/普鲁士蓝--金纳米复合物/纳米金的电流型DNA传感器

摘要

电化学DNA传感器具有特异性好、稳定性好、灵敏度高、制备过程简单、用途广泛等诸多优点，在基因工程、基因诊断、基因治疗、环境监测等领域具有广泛的应用前景。在DNA传感器研究领域中，硫堇(Th)和普鲁士蓝-金纳米复合物(PB-Au)是良好的电子媒介体，能够提高电极的导电能力，因而受到人们的广泛关注。纳米金(AuNPs)具有极大的比表面积、高反应活性和良好的生物相容性，容易与生物活性物质（如，DNA、蛋白质等）通过Au-NH2键结合，将生物大分子固定到电极表面。本文以玻碳电极(GCE)为基础电极，根据聚硫堇(PTh)的稳定性和导电性，PB-Au良好的传递电子性能，利用循环伏安(CV)和电沉积技术制备出基于PTh/PB-Au/AuNPs的电流型DNA传感器，并应用于DNA和重金属离子对DNA损伤的检测。论文工作主要包括以下三个方面: (1)硫堇在玻碳电极表面的电聚合 利用循环伏安法(CV)对硫堇电聚合膜(PTh)进行了研究，系统地考察了扫描电位范围、缓冲溶液种类、溶液酸度及硫堇溶液浓度对硫堇电聚合过程的影响。结果表明，在-0.45～1.1V电位范围内，GCE在硫堇ABS中循环扫描，得到聚硫堇修饰电极;当在-0.45～1.05V电位范围内，GCE在硫堇PBS中循环扫描，得到聚硫堇修饰电极，然而，当正电位小于1.0V时，都得到硫堇修饰电极;ABS的酸度为pH7.0，PBS的酸度为pH6.0和硫堇浓度为0.005mol/L时，GCE/PTh在pH5.5，0.1 mol/L的ABS中的CV曲线上氧化还原峰电流最大，相应的电子传递电阻最小，导电能力最好。 (2)基于PTh/PB-Au/AuNPs的电流型DNA传感器 在GCE表面电聚合PTh膜，然后在GCE/PTh上分别循环扫描PB-Au和AuNPs，通过Au-NH2键结合DNA探针，得到基于PTh/PB-Au/AuNPs的电流型DNA传感器(GCE/PTh/PB-Au/AuNPs/ssDNA)。应用电化学阻抗技术(EIS)和循环伏安法对传感器的制备过程进行表征。用微分脉冲伏安法(DPV)测得DNA的工作曲线斜率为-13.442A·m l/μg，线性范围为1.0×10-14～1.0×10-6μg/mL，检测下限为1.0×10-14μg/mL，检出限为6.17×10-15μg/mL，线性相关系数为r=0.9936。表明所制备的传感器具有较高的灵敏度和稳定性。 (3)重金属离子对DNA损伤的研究 利用所制备的DNA传感器研究Pb2+、Cr2+、Cd2+和Hg2+四种重金属离子对DNA的损伤，对受损伤前后DNA修饰电极进行EIS和DPV表征。结果表明，利用所制备的传感器可以高灵敏度地检测Pb2+、Cr2+、Cd2+和Hg2+离子对DNA损伤程度，并考察了pH值、温度、重金属离子酸度等实验条件对DNA损伤的影响。在优化的实验条件下，DNA传感器对不同浓度的重金属离子进行检测。结果显示，检测线性范围均为1.0×10-13～1.0×10-7mol/L，检测下限低，灵敏度高，传感器一致性好，可用于其他基因损伤的研究。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 生物传感器

1．1．1 生物传感器的发展历史

1．1．2 生物传感器的类型

1．1．3 生物传感器的特点

1．1．4 电化学生物传感器简介

1．1．5 纳米金在电化学生物传感器中的应用

1．1．6 聚合物在电化学生物传感器中的应用

1．2 电化学DNA传感器简介

1．2．1 DNA功能

1．2．2 电化学DNA传感器研究进展

1．2．3 电化学DNA传感器的类型及特点比较

1．2．4 DNA变性

1．2．5 DNA在电极上的固定化方法

1．2．6 DNA杂交

1．2．7 DNA杂交指示剂

1．3 电化学DNA传感器在基因损伤检测中的应用

1．4 本文工作的主要内容和意义

2 硫堇在玻碳电极表面的电聚合

2．1 实验部分

2．1．1 仪器与试剂

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 GCE表面电聚合硫堇电位范围的选择

2．2．2 pH对硫堇电聚合膜的影响

2．2．3 硫堇浓度对电聚合膜的影响

2．3 结论

3．基于聚硫堇／普鲁士蓝-金纳米复合物／纳米金的电流型DNA传感器

3．1 实验部分

3．1．1 仪器与试剂

3．1．2 实验方法

3．1．3 电化学测试

3．1．4 传感器对互补链DNA的检测

3．2 结果与讨论

3．2．1 不同修饰电极的电化学表征

3．2．2 硫堇和聚硫堇修饰电极制备条件的优化

3．2．3 电沉积PB-Au循环扫描圈数的考察

3．2．4 电沉积AuNPs循环扫描圈数的优化

3．2．5 四种传感器对cDNA检测结果的对比

3．2．6 电沉积固定ssDNA的电位、固定液pH值和沉积时间的选择

3．2．7 DNA杂交温度的选择

3．2．8 DNA杂交时间的选择

3．2．9 杂交指示剂的选择

3．2．10 传感器的一致性

3．2．11 传感器检出限的测定

3．2．12 传感器寿命的考察

3．2．13 传感器的再生性

3．3 本章小结

4．重金属离子对DNA损伤的研究

4．1 实验部分

4．1．1 仪器与试剂

4．1．2 实验方法

4．1．3 电化学测试

4．1．4 重金属离子的检测

4．2 结果与讨论

4．2．1 Pb2+对DNA损伤

4．2．2 底液酸度对DNA损伤的影响

4．2．3 DNA损伤时间的考察

4．2．4 DNA损伤温度的考察

4．2．4 DNA传感器对Pb2+的检测

4．2．5 传感器检出限的测定

4．2．6 DNA传感器检测Pb2+的一致性

4．2．7 Cd2+对DNA损伤

4．2．8 DNA传感器对Cd2+的检测

4．2．9 DNA传感器检测Cd2+的一致性

4．2．10 Hg2+对DNA损伤

4．2．11 DNA传感器对Hg2+的检测

4．2．12 DNA传感器检测Hg2+的一致性

4．2．13 Cr3+对DNA损伤

4．2．14 DNA传感器对Cr3+的检测

4．2．15 DNA传感器检测Cr3+的一致性

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢