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《山东师范大学》 2019年
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比例电化学生物传感器的设计和应用

路梦飞  
【摘要】:传统电化学传感器具备灵敏度高、测试快速、易于构建、成本低等优点,但是也存在重现性差、易受复杂环境干扰等问题。基于一对双信号转换模式的比例电化学生物传感器可以有效解决上述问题。在传感器的设计过程中引入两种或两种以上电化学活性分子,然后将输出信号换算为两个电活性物质电信号的比值。由于相同测试体系中的两种或多种电活性物质的电信号所受的干扰是相似的,所以用电信号比值作为输出信号能够部分消除来自背景及体系自身的信号干扰,提供内部自我参比,提高分析的灵敏度和选择性。首先,基于DNA四通结构(DNA-4WJ)及酶辅助循环放大策略,我们发展了一种超灵敏比例电化学生物传感器用于检测HCV DNA,该传感器主要由一个组装到金电极表面的三链分子信标(THMB)和两条未经修饰的辅助DNA序列(α序列和β序列)组成。THMB由亚甲基蓝(MB)标记的发夹探针(HP)和二茂铁(Fc)标记的核苷酸序列(UT)组成,并经UT固定于电极表面。HP的发夹结构使MB靠近电极表面并产生强的电化学信号,而UT构型的展开则导致Fc远离电极表面产生弱的电化学信号。由于在两条辅助DNA(α序列和β序列)中各含有一段HP的互补序列和一段目标DNA的互补序列,目标DNA和两条辅助DNA可与HP杂交形成DNA-4WJ结构,破坏THMB结构,并导致MB远离电极表面和MB电化学信号降低、Fc靠近电极表面和Fc电化学信号增大,从而引起MB与Fc的比例电化学信号变化。通过RNase HII对DNA-4WJ结构进行酶切,可使HP和辅助DNA序列释放,诱导下一轮循环,实现酶联辅助信号循环放大。该传感器线性范围从0.1 pM到100 nM,检出限可达0.063 pM,灵敏度高,选择性好,并且制备简单。其次,基于亚甲基蓝与DNA交替碱基序列(AT)结合原理,我们设计了适配体比例电化学生物传感器,并成功用于生物小分子腺苷的检测。实验设计了DNA链1作为捕获探针固定于金电极表面,在该链的近3’端胸腺嘧啶(T)碱基处修饰MB。同时设计另一条3'端标记有Fc的适配体链用于识别腺苷。在没有腺苷存在时,这两条DNA链部分互补配对,导致MB远离电极表面、Fc接近电极表面,产生较小的峰值电流比(I_(MB)/I_(Fc))。值得注意的是,造成较小I_(MB)/I_(Fc)值的原因不仅是MB与电极表面间距离增大,更重要的是MB与聚(T-A)双链结构的相互作用导致其电子转移速率下降。当腺苷存在时,其与Fc标记的适配体链形成G-四连体结构,导致适配体链远离电极表面从而使Fc远离电极表面及MB靠近电极表面,产生较大的I_(MB)/I_(Fc)值。此传感器通过对I_(MB)/I_(Fc)值的分析,检出限可达90.8 pM,检测范围从0.1 nM到100μM,表现出良好的选择性及灵敏度。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP212;O657.1

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