基于金属化合物的新型无标记生物传感器的研制

摘要

纳米材料有“世纪最有前途的材料”的美誉，当物质的结构单元小到纳米数量级时会产生特异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，其电学、磁学、光学和化学性质也会发生显著的变化，呈现出常规材料不具备的优越性能。纳米材料的介入为传感器的发展提供了无穷的想象空间，具有纳米结构的材料可以广泛地应用于敏感分子的固定、信号的检测和放大。与传统的传感器相比，基于纳米材料的新型传感器具有超高灵敏度与选择性，同时传感器的响应速度也会得到大幅度的提高。本论文的研究内容是基于纳米金属化合物的新型无标记生物传感器的研究。研究表明:(1)钛酸铋(Bi2Ti2O7)具有很好的导电性和生物亲和性，电极具有较好的电子转移活性，且钛酸铋表面粗糙，可以极大的增加电极的有效比表面积，使得该传感器对DNA序列的测定表现出较大的电流响应。(2)氯钌酸铵通过与核苷酸适体间的氧离子进行交换的方式将其固定到DNA链上，从而极大的增强了信号分子氯钌酸铵在检测体系中的固定作用，使得该传感器对溶菌酶的测定表现出较强灵敏的电流响应。(3)利用RNA核苷酸链与Pb2+的特异性结合所形成内切酶式生物传感器对铅离子有着高灵敏度的检测。本论文的研究内容主要包括以下几个部分:
　　 1基于Bi2Ti2O7/GCE的新型DNA传感器的研制
　　 将纳米材料钛酸铋通过静电吸附方式修饰到玻碳电极(GCE)表面制备了一种无标记的、新型DNA生物传感器。DNA探针可与互补的DNA进行杂交，在指示剂柔红霉素存在条件下，以微分脉冲伏安法测定DNA。通过XRD、场发射扫描电镜、微分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗等手段对传感器形貌及其响应特性进行了表征。由于钛酸铋(Bi2Ti2O7)具有很好的导电性和生物亲和性，电极具有较好的电子转移活性，且钛酸铋表面粗糙，可以极大的增加电极的有效比表面积，使得该传感器对DNA序列的测定表现出了较大的电流响应。在优化的实验条件下，该传感器对目标DNA的响应范围为1.0×10-5～1.0×10-10M，相关系数0.9952，检测限为1.34×10-12 M(3倍信噪比)。结果表明，该传感器对DNA的检测具有很好的选择性，有着潜在的应用前景。
　　 2基于氯钌酸铵特性的溶菌酶无标记检测
　　 利用氯钌酸铵特性及溶菌酶与相应适体间的特异结合从而制备了一种无标记、新型的溶菌酶生物传感器。单链在中性pH条件下与带正电的溶菌酶(等电点11)结合，适体链缠绕溶菌酶，使得与适体互补的短核苷酸链（带有氯钌酸铵信号）脱离核苷酸适体，从而离开金电极表面，使电化学信号降低。通过微分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗等手段对传感器形貌及其响应特性进行了表征。氯钌酸铵通过与核苷酸适体间的氧离子进行交换的方式将其固定到DNA链上，从而极大的增强了信号分子在检测体系中的固定作用，使得该传感器对溶菌酶的测定表现出了较灵敏的电流响应。在优化的实验条件下，该传感器对溶菌酶的响应范围为1.0×10-5～1.0×10-9 M，相关系数0.9971，检测限为1.98×10-11 M(3倍信噪比)。结果表明，该传感器对溶菌酶的检测具有很好的选择性，有着潜在的应用前景。
　　 3基于钛酸铋和氯钌酸铵的铅生物传感器
　　 利用Pb2+和RNA特殊碱基链的特异性结合后形成于类似于内切酶的结构形式，在RNA链上的RNA碱基处断开，这样就会将带有氯钌酸铵信号的RNA链部分断开，以使形成信号降低型Pb2+传感器。通过微分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗等手段对传感器形貌及其响应特性进行表征。该方法对Pb2+的检测范围是1.0×10-6～1.0×10-10 M，检测限为8.541×10-11 M，相关系数0.9981。结果表明，该传感器对Pb2+的检测具有很好的选择性，有着潜在的应用前景。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 DNA生物传感器

1．1．1 前言

1．1．2 探针固定方法

1．1．3 电化学DNA生物传感器标记法

1．2 钛酸铋

1．3 溶菌酶

1．3．1 活性测定方法

1．3．2 含量测定方法

1．4 Pb2+化学传感器

1．4．1 冠醚类pb2+传感器

1．4．2 过渡金属络合物类pb2+传感器

1．4．3 核糖核酸类pb2+传感器

1．5 本文构思

第2章 基于Bi2Ti2O7／GCE的新型电化学DNA传感器

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 钛酸铋的制备

2．2．3 电极的制备

2．2．4 DNA的修饰与杂交

2．3 结果与讨论

2．3．1 Bi2Ti2O7的表征

2．3．2 修饰电极的阻抗谱图

2．3．3 在PBS溶液中K+浓度对实验的影响

2．3．4 杂交温度对电极响应特性的影响

2．3．5 DNA在Bi2Ti2O7／GCE上的固定时间对DPV响应的影响

2．3．6 DNA在ssDNM Bi2Ti2O7／GCE上的DPV响应

2．3．7 目标DNA在ssDNA／Bi2Ti2O7／GCE上的DPV响应

2．3．8 不同检测方法比较

2．3．9 电极的重现性及稳定性检测

2．4 小结

第3章 基于氯钌酸铵及适体的特性对溶菌酶无标记检测

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 电极的制备和固定

3．3 结果与讨论

3．3．1 修饰电极的阻抗谱图

3．3．2 电极的CV响应

3．3．3 电位扫描速度的影响

3．3．4 电极的DPV响应

3．3．5 pH的影响

3．3．6 cDNA-Ru／Aptamer／Au对溶菌酶的DPV响应

3．3．7 钾离子的影响

3．3．8 溶菌酶在传感器上的DPV响应

3．3．9 电极的重现性、稳定性及干扰实验

3．4 小结

第4章 基于钛酸铋和氯钌酸铵的铅生物传感器

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 钛酸铋的制备

4．2．3 电极的制备

4．2．4 DNA的修饰与杂交

4．3 结果与讨论

4．3．1 Bi2Ti2O7的FE-SEM表征

4．3．2 修饰电极的阻抗谱图和CV图

4．3．3 修饰电极不同扫速的CV图

4．3．4 电极吸附量的测定

4．3．5 pb2+在cDNA／ssRNA／Bi2Ti2O7／GCE上的DPV响应

4．3．6 电极的重现性、稳定性及干扰实验

4．4 小结

参考文献

致谢

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