基于光催化的电化学生物传感器检测乳腺癌易感基因和溶菌酶

摘要

随着工业的发展，环境污染日益严重，导致人类健康受到严重威胁。随着人类生活水平的提高，人们对自身的健康问题，尤其对环境污染引发的各类疾病问题越来越关注。因此，开发快速、灵敏、可靠的疾病检测方法对提高人类健康水平十分必要。
　　近年来，掀起了DNA、蛋白质和小分子的检测热潮，其中出现了众多检测方法，如荧光法、化学发光法、光催化可视化等等，与上述方法相比，电化学方法具有灵敏度高、价格低廉、仪器小型化等优点，因此，将电化学方法和生物传感相结合来检测目标物逐渐成为人们关注的焦点。本论文利用与DNA结合的光敏染料在LED灯照射下发生光催化反应，产生单线态氧(1O2)来剪切修饰在电极上的DNA，通过[Fe(CN)6]3-/4-体系电化学信号的变化，建立了光催化电化学生物传感体系，并用来检测血清中的乳腺癌易感(BRCA1)基因和尿液中的溶菌酶(LZM)。
　　本论文主要研究内容如下:
　　1.建立了一种无标记的光催化电化学生物传感器用于超灵敏检测血清中的BRCA1基因。将带巯基的捕捉链修饰到金电极上，然后将目标DNA修饰到电极上，形成双链DNA（dsDNA）。染料溴化乙锭(EB)会嵌入到dsDNA中。在LED绿光照射下，EB吸收能量，继而传递给溶液中的溶解氧产生1O2，1O2可导致电极表面dsDNA断裂，使电极表面对[Fe(CN)6]3-/4-的排斥减小，导致其氧化还原电流升高;在没有目标链存在时，[Fe(CN)6]3-/4-的氧化还原电流无明显增高，基于此，可实现对BRCA1基因的无标记高灵敏检测。对该体系的影响因素进行了考察，包括电解质体系的选择、染料的选择、LED灯的选择、EB的浓度和孵育时间以及光照时间。在最优条件下检测BRCA1基因的线性范围为10 aM-100nM，检出限为1.7 aM。与其它没有使用放大方法检测BRCA1基因的电化学传感方法相比，该方法灵敏度较高，并且它具有良好的选择性，能够很好的区分目标DNA、完全错配DNA、3个碱基错配DNA、1个碱基错配DNA。采用该方法对血清样品中的BRCA1基因进行了检测，加标回收率分别为95.3％和87.0％。该方法将光催化与电化学生物传感器相结合，大大提高了该方法的灵敏度，且不使用任何标记物、实验操作过程简单，有望用于相关基因疾病的早期诊断。
　　2.建立了一种基于氧化石墨烯和荧光桃红的光催化电化学生物传感器用于检测尿液中的LZM。将LZM与修饰到金电极上的dsDNA中的LZM适配体链相结合后，dsDNA部分解旋成单链DNA(ssDNA)，继而被石墨烯(GO)吸附，加入荧光桃红(PB)后通过π-π堆叠与GO结合，在LED光照的条件下能够催化PB反应产生1O2，剪切ssDNA，导致修饰电极传质阻力减小，通过[Fe(CN)6]3-/4-电化学阻抗谱信号的降低能够检测LZM。利用单因素轮换法，优化了实验条件，包括染料的选择、GO浓度和吸附时间、PB浓度和吸附时间、光照时间等。在最佳实验条件下测得LZM的线性范围为1 pM-100 nM，检出限为140 fM。本方法利用了GO的六元环结构来结合PB，同时高比表面积的GO具有有放大信号的作用，再结合光催化和电化学检测手段，大大提高了该方法的灵敏度。该传感器具有好的选择性，1nM凝血酶、1nM牛血清蛋白、1nM人血清蛋白、1nM三磷酸腺苷、1nM葡萄糖、1nM肌红蛋白、1nM癌胚抗原和1 nM VEGF对该检测体系基本不产生干扰。最后将该传感器应用于尿液样品的检测，加标回收率为91％-101％。因此，提供了一个无标记、简单、高灵敏的电化学生物传感器检测LZM且有望用于疾病的检测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物传感器的概述

1．3 电化学生物传感器的分类

1．3．1 电化学DNA传感器

1．3．2 电化学酶传感器

1．3．3 电化学免疫传感器

1．3．4 细胞电化学传感器

1．4 染料

1．4．1 核酸染料

1．4．2 光敏染料

1．5 国内外研究现状

1．6 本论文研究意义

第2章 光催化电化学生物传感器检测血清中的乳腺癌易感基因

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 检测方法

2．2．3 传感器的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 光催化电化学生物传感器检测BRCA1基因的设计和构建

2．3．2 传感器界面的电化学表征

2．3．3 条件优化

2．3．4 BRCA1基因的线性

2．3．5 选择性、稳定性以及重现性的考察

2．3．6 样品检测

2．4 结论

第3章 光催化电化学生物传感检测尿液中的溶菌酶

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 溶液的配制

3．2．3 检测方法

3．2．4 传感器的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 实验原理

3．3．2 电化学表征

3．3．3 条件优化

3．3．4 LZM的线性检测

3．3．5 选择性、重现性以及稳定性的考察

3．3．6 样品检测

3．4 结论

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的成果