石墨烯—纳米金增强DNA电化学生物传感器的研究

摘要

随着科学的发展，人类对DNA有了深入的认识，了解DNA碱基序列对了解疾病的根源和疾病的预防具有重要的意义。DNA电化学生物传感器是近几年迅速兴起的，以DNA作为芯片，将生物化学信号转化成电信号的一种新型传感器。该类传感器以其操作简便、响应快、灵敏度高、重现性好、微型化、低成本等优点备受科学家的青睐。本文以大肠杆菌(E.coil)的DNA片段作为靶，结合还原型石墨烯和纳米金的放大，以邻菲咯啉钴作为电化学指示剂，制成了一种选择性好、灵敏度高的DNA电化学生物传感器。
　　本论文主要分为以下三个部分：
　　(1)合成了还原型石墨烯和电化学指示剂邻菲咯啉钴。通过对还原型石墨烯的透射电镜(TEM)和电子衍射(ED)的研究，证明合成了结晶良好的“微波状的单层石墨烯”，通过对其修饰的电极的阻抗(EIA)和循环伏安(CV)的研究，说明合成的还原型石墨烯具有较好的导电性：通过对邻菲咯啉钴的电化学行为的研究，得知合成的邻菲咯啉钴具有可逆的氧化还原峰，并且与双链DNA能够进行嵌插作用，邻菲咯啉钴可以作为电化学指示剂进行特定DNA序列的检测。
　　(2)原位还原纳米金到石墨烯表面，制得了纳米金修饰的石墨烯，不但保持了石墨烯良好的导电性，同时结合了纳米金的放大作用，以邻菲咯啉钴作为电化学指示剂，制得DNA生物传感器。该传感器具有良好的选择性，线性范围5×10-10mol·L-1～3.0×10-9 mol·L-1，线性方程是△Ipa=6.49×10-7A+1.01(Cs2/10-3M)A；线性相关系数γ=0.9979，检测限是7.9×10-11mol·L-1。
　　(3)在石墨烯表面引入巯基(分别运用表面活性剂2-十一烷基-1-二硫脲乙基咪唑啉季铵盐(SUDEI)和巯基乙胺修饰酸化的石墨烯)。再利用Au-S键将巯基石墨烯(GR-SH)修饰到电极同时将纳米金修饰到电极表面，利用石墨烯和纳米金的联合放大作用，以邻菲咯啉钴作为电化学指示剂，制备了检测大肠杆菌特定DNA的生物传感器。该传感器具有良好的选择性，检测大肠杆菌DNA的线性范围为2.50×10-11 mol·L-1～1.25×10-9mol·L-1，线性方程是△Ipa=1.15×10-7A+8.08(Cs2/10-2M)A；线性相关系数γ=0.9981，检测限是8.33×10-12mol·L-1。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 DNA电化学生物传感器的概述

1.1.1 DNA的组成与结构

1.1.2 电化学生物传感器的原理

1.1.3 DNA纳米电化学生物传感器的研究近况

1.2 石墨烯的结构和性质

1.2.1 石墨烯的制备

1.2.2 石墨烯在生物传感器中的应用

1.3 立题依据

2 石墨烯、邻菲咯啉钴的合成、表征及电化学性质研究

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 石墨烯的电镜表征

2.2.2 石墨烯用量对导电性的影响

2.2.3 石墨烯组装时间的选择

2.2.4 修饰电极的循环伏安表征

2.2.5 邻菲咯啉钴电化学性质的研究

2.2.6 扫速对邻菲咯啉钴配合物氧化还原峰电流的影响

2.2.7 pH值对邻菲咯啉钴与DNA相互作用的影响

2.2.8 反应时间对邻菲咯啉钴与DNA相互作用的影响

2.2.9 DNA浓度对邻菲咯啉钴配合物还原峰电流的影响

2.3 本章小结

3 原位还原法纳米金.石墨烯增强电化学生物传感器

3.1 实验部分

3.1.1 仪器与试剂

3.1.2 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 原位还原纳米金修饰石墨烯的透射电镜表征

3.2.2 纳米金/石墨烯修饰电极的电化学表征

3.2.3 电极各级修饰的阻抗表征

3.2.4 DNA电化学传感器的选择性

3.2.5 DNA电化学传感器线性范围和检测限

3.3 本章小结

4 纳米金共价修饰石墨烯增强电化学DNA生物传感器

4.1 实验部分

4.1.1 仪器与试剂

4.1.2 实验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 纳米金的紫外光谱和透射电镜表征

4.2.2 电极修饰的电镜(SEM)表征

4.2.3 电极修饰的电化学表征

4.2.4 DNA在电极表面杂交过程的表征

4.2.5 DNA电化学传感器的选择性

4.2.6 DNA电化学传感器线性范围和检测限

4.3 本章小结

结论

参考文献：

致谢

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