基于功能核酸组装结构的腺苷和汞离子传感器研究

【摘要】： 本论文主要开展了以功能DNA为基础的新型传感器的研究。在合理设计DNA组装结构的基础上,将DNA适配体和G-四螺旋DNA酶的裂分体的序列相融合,结合对DNA分子的构象和力学性质的控制,以适配体和DNA酶分别作为目标识别和信号转导元件,分别组装构造了腺苷和汞离子的比色型均相光学传感器。另外,还对电活性分子标志物二茂铁与多种含氨基小分子化合物之间的偶联反应进行了研究,对基于DNA适配体的信号增强型腺苷电化学传感器进行了初步的探索。具体内容如下: 提出了对可结合氯高铁血红素(hemin)的G-四螺旋脱氧核酶进行分子内对称裂分的思路,通过这种裂分型的DNA酶与腺苷的DNA适配体之间合理组装,构建出腺苷的高选择性光学比色传感器。在钾离子的帮助下,G-四螺旋DNA裂分成的两半将重新结合形成完整的G-四螺旋结构,并在进一步结合氯高铁血红素分子后形成具有过氧化酶活性的DNA酶。该DNA酶在H2O2存在下,能够催化氧化ABTS(2, 2’-azino-bis(3-ethyl benzothiazoline)-6-sulfonic acid)生成蓝绿色的自由基阳离子产物ABTS?+。目标物腺苷存在时,与传感器DNA的适配体区域结合,引起传感器组装体的构象变化,导致G-四螺旋结构与氯高铁血红素之间不能有效复合,抑制了其对ABTS的催化能力,体系光学吸收信号减弱。由于腺苷与适配体之间具有高度特异性亲和作用,该传感器能够达到较高的灵敏度和优异的选择性,在目前条件下所达到的最低检测限为6μM,而且完全不受其它三种核苷类似物的干扰。本传感器具有简单、易构造、均相、廉价等优点。 基于Hg(II)对特定DNA碱基序列的识别作用和DNA酶的催化作用,以及我们提出的分子内裂分型DNA酶的概念,进一步对以上腺苷传感器的原理进行拓展,构造了纯粹由DNA组装而成的、无需化学标记的Hg(II)比色传感器。以T-T碱基错配为基础,使用对Hg(II)有特异结合能力的一种发夹结构序列替代腺苷传感器中的适配体,以分子内G-四螺旋结构裂分的两个片段之间的分离与结合作用实现传感器的信号转导,构造了对Hg~(2+)有灵敏响应的均相光学吸收型传感器。当溶液中有Hg(II)存在时,其与发夹识别序列的特异相互作用导致传感器的构象发生变化,抑制了G-四螺旋结构的两个裂分体与氯高铁血红素之间的结合作用,导致传感器的光学输出信号减小。该传感器具有很高的灵敏度,最低检出限为4.5 nM(0.9 ppb),高于或相当于文献报道的同类传感器,低于美国环境保护署(EPA)规定的饮用水中的Hg~(2+)中毒水平(10 nM)。这种新的汞离子检测方法也有着良好的选择性,即使在高浓度的其它金属离子存在时,也不会产生干扰。本传感器具有简单、模块化、易构造的特点,更重要的是,这种传感器避免了其它方法所涉及的化学标记反应或纳米粒子的合成及修饰,降低了检测的成本,提高了实验的稳定性。 对二茂铁单甲酸与多种氨基小分子化合物之间的偶联反应进行了研究,对部分合成产物进行了分离和表征。得到了二茂铁-胱胺的偶联产物,并对该产物在金电极表面的电化学稳定性和电子转移特性进行了表征,对基于DNA的信号增强型腺苷电化学传感器进行了初步探索。