碳纳米管和金纳米粒子层层自组装DNA电化学传感器

摘要

基于碳纳米管(CNTs)的DNA电化学生物传感器兼具碳纳米管良好的导电性和DNA分子自识别等优异性能，能够明显提高生物检测、诊断、电化学检测的效率。DNA电化学生物传感器研制的关键技术之一是DNA探针的固定方法及固定量。本论文通过自组装技术制备多壁碳纳米管(MWNTs)和金纳米粒子(GNPs)固定DNA探针的DNA电化学生物传感器并对其电化学性能进行检测。
　　 实验选取了三种不同的氧化剂对多壁碳纳米管进行羧基化，通过透射电镜表征，结果表明浓H2SO4/浓HNO3超声法制备的羧基化碳纳米管(MWNTs-COOH)形貌和长度范围分布最佳（50到200 nm）。MWNTs-COOH与SH(CH2)2NH2发生酰胺化反应制备成巯基化碳纳米管(MWNTs-SH)。最后，在金纳米粒子的连接下，通过Au-S键实现了将MWNTs-SH与金电极表面以及MWNTs-SH与DNA探针之间的层层自组装。实验以2，6-二磺酸基蒽醌(AQDS)做指示剂，用循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了这种新型生物传感器的电化学行为。
　　 上述方法制成的DNA电化学生物传感器对特定基因序列的检测结果表明：在含Na+浓度为0.3 mol/L的磷酸盐底液(pH7.4)中，指示剂AQDS浓度1.5mmol/L，通过差分脉冲伏安法可以实现单碱基错配（G-A错配）DNA的特异性检测。利用DNA电化学传感器检测标准DNA样品，在8.5×10-10～1.5×10-5 mol/L浓度范围内，检测信号与互补DNA浓度成线性关系，检测下限达到1.67×10-11mol/L，并有着良好的稳定性和特异性。与以往基于物理吸附固定MWNTs的DNA探针传感器，这种新型传感器能显著加快电化学指示剂与电极间的电子传递速率，从而提高其对检测互补DNA序列的响应速度和灵敏度。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 碳纳米管的结构与性质

1.3 碳纳米管的功能化修饰

1.3.1 碳纳米管的共价化学修饰

1.3.2 碳纳米管的非共价化学修饰

1.4 DNA电化学生物传感器

1.4.1 DNA电化学传感器的原理与研究进展

1.4.2 电活性小分子在电化学DNA生物传感器中的应用

1.4.3 纳米材料在电化学DNA生物传感器中的应用

1.4.4 DNA电化学生物传感器的应用现状

1.5 CNT在DNA传感器中自组装技术研究现状

1.5.1 自组装技术

1.5.2 自组装的方法

1.6 本课题的研究内容、创新点及意义

第二章 超短巯基化多壁碳纳米管的制备及电化学行为研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 金电极表面的预处理

2.2.2 纯化碳纳米管TEM表征

2.2.3 羧基化短碳纳米管(MWNTs-COOH)的制备及表征

2.2.4 短MWNTs分散性能研究

2.2.5 巯基化反应中反应物最佳质量比

2.2.6 MWNTs-SH红外光谱

2.2.7 不同氧化方法制备的MWNTs-SH修饰电极

2.2.8 MWNTs-SH在金电极表面组装时间的影响

2.2.9 MWNTs-SH/Au与MWNTs理吸附修饰Au对比

2.3 本章小结

第三章 多壁碳纳米管和金纳米粒子修饰DNA生物传感器的制备

3.1 实验部分

3.1.1 实验仪器

3.1.2 实验药品

3.1.3 实验用溶液

3.1.4 实验流程

3.1.5 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 金纳米粒子的形貌及紫外表征

3.2.2 金纳米粒子在MWNTs/Au电极表面自组装最佳时间

3.2.3 MWNTs-SH在金电极表面组装量的影响

3.2.4 不同阶段修饰电极电化学表征

3.2.5 DNA杂交

3.2.6 电极的稳定性

3.3 本章小结

第四章 结论与展望

参考文献

发表论文情况

致谢