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《华东师范大学》 2004年
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基于纳米物质电化学DNA生物传感器的研制与开发

张爱平  
【摘要】:脱氧核糖核酸(DNA)是遗传信息的承担者,DNA分子中碱基序列的变异与人类许多遗传疾病有关。因此,对特定序列的DNA分析以及对DNA链中碱基突变的检测在卫生防疫、疾病诊断、药物研究、环境科学及生物工程方面具有深远的意义。电化学DNA生物传感器是一门涉及生物化学、电化学、医学及电子学等领域的交叉学科,它提供了一种全新的DNA(基因)检测技术,具有简单、可靠、价廉、灵敏和选择性好等优点,并且与目前的DNA生物芯片技术兼容,在分子生物学、生物医学工程、环境监测、食品卫生检验等方面显示了广阔的应用前景,已成为当今生物学、医学领域的前沿性课题。 纳米材料被认为是跨世纪材料研究领域的热点,有“21世纪最有前途的材料”之美誉。当物质的结构单元进入纳米量级(1~100 nm)时,其本身具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、光吸收、生物医药、磁介质及新材料等方面得到了广泛的应用。纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、催化效率高、吸附能力强等这些优异性质,为生物医学研究提供了新的研究途径。 本论文主要是将纳米技术、核酸分子杂交技术与电化学分析技术相结合,研制具有高灵敏度高选择性的基于纳米物质电化学DNA生物传感器,成功地应用于对特定序列DNA片断快速、灵敏和准确的识别,为基因的快速分析测定提供了一种简便、快捷、廉价的检测装置。基于纳米物质发展起来这种袖珍式、电池驱动、价格低廉的DNA检测器必将给疾病早期诊断行业带来巨大的利益。 摘要 首先系统介绍了DNA生物传感器的基本结构及其分类。着重介绍了DNA 电化学传感器的设计,包括DNA片段的固定方法、DNA杂交以及杂交信号的转 化两方面。 第二章基于硫化锡纳米团簇标记DNA电化学传感的研究 我们在此报道硫化福(Cds)纳米团簇标记的DNA生物传感器。合成表面 具有自由梭基的硫化福(C ds)纳米团簇,将其标记于人工合成的5’端氨基修饰的 寡聚核普酸(ODN)片段上,制备成CdS纳米团簇标记的DNA探针。在一定的条 件下,使其与固定在玻碳电极表面的待测DNA序列进行杂交反应。以汞修饰的 玻碳电极为工作电极,利用阳极溶出示差脉冲伏安法(ASDPV)测定Cd(II)的量, 从而间接实现对互补、三碱基错配、非互补DNA片段的识别。对目标DNA序 列的检测限达到0.2 pmol几数量级。 第三章PbS纳米粒子标记寡聚核营酸电化学检测DNA杂交 我们报道了一种基于PbS纳米粒子标记检测DNA杂交的方法。这种方法用 PbS纳米粒子标记,然后电化学测定Pb(II)。PbS纳米粒子标记到寡聚核昔酸上 制成相应的DNA探针,利用特定序列杂交反应,识别固定在电极上DNA序列。 检测限为0.3 pmol/L目标DNA。PbS纳米粒子很容易与DNA生物分子连接,并 且ASv对Pb(II)的测定具有较高的灵敏度,因此这种方法有望开发出新的电化 学DNA生物传感器。 第四章多量子点用于不同目标DNA电化学同时测定 本文报道了利用多个量子点(QDs)作为标记物,对多条不同序列的DNA 杂交反应电化学同时检测。一系列表面修饰梭酸基的无机溶胶(QDs)在水溶液 中比较方便地合成。在EDAC作用下,自由的梭酸基与氨基修饰的寡聚核昔酸 共价连接制成QDs标记的DNA探针。在一定的条件下,QDs标记的DNA探针 与固定在玻碳电极表面待测DNA序列进行杂交反应,之后以汞修饰的玻碳电极 为工作电极,利用阳极溶出伏安法(ASV)测定溶解的金属离子,从而对目标 DNA序列间接测定。QDs释放出的金属离子具有互不干扰的、不同的电化学电 摘要 位,因而它们被用于对多个目标DNA同时测定。本实验中同时测定两种不同目 标DNA序列的检测限为0.8 pmol/L。 第五章亚甲基兰识别固定于修饰ZrO:金电极表面DNA的电化学研究 在此报道了电化学沉积二氧化错(ZrO:)薄膜于金电极表面用于ssDNA的 固定,并以亚甲基兰(MB)为指示剂电化学检测DNA杂交。由于磷酸基与Zr仇 的亲和作用,5气端带磷酸基的寡聚核昔酸共价固定于ZrOZ薄膜上,将固定有单 链DNA(SSDNA)的电极置于互补的DNA溶液中杂交。与互补的DNA靶序列 杂交后,电活性标记物MB的峰电流与杂交前(信号较强)相比较急剧下降。杂 交后阴极峰电流与目标DNA浓度(2 .25 x 10一’o一2.25 x 10’8 moFL)的对数值 成线性关系,检测限达到1 x 10一’0 mol几。 第六章磁性纳米粒子用于DNA杂交电化学的研究 在此我们报道一种电化学DNA生物传感器。它是利用磁性纳米颗粒固定目 标DNA,并以ZnS纳米粒子作为标记物电化学测定DNA杂交。在偶联活化剂 EDAC作用下,夕端修饰磷酸基的目标DNA共价固定到氨基修饰的磁性纳米颗 粒上。ZnS纳米粒子标记的DNA探针对固定在磁性纳米粒子上目标DNA测定。 这种方法不但具有较高的灵敏度,而且消除了非特异性吸附的影响,是一种比较 理想的方法。 第七章DNA生物传感器的应用及展望
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O657.1

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