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基于树枝状聚合物和纳米金的DNA电化学生物传感器的研究

李晓琳  
【摘要】: 随着人类对基因诊断了解的不断深入,对DNA序列进行快速、便捷、准确的检测方法的研究越来越受到人们的重视。其中DNA电化学生物传感器因其方法简单,可靠,选择性好,灵敏度高等显著特点而备受人们关注。 树枝状聚合物因其分子结构的高度对称,可认为的设计分子大小、形状、结构以及官能基团,并在分子水平上进行控制,高度化的对称结构以及三维纳米尺寸使这类化合物具有特殊的物理化学性质,在超分子化学,光化学与电化学,催化剂,生物医学,纳米材料等领域得到广泛的应用。在如今的研究中,作为DNA载体的PAMAM (聚酰胺胺)是被研究最多的树枝状大分子之一。将树枝状聚合与用于DNA生物传感器的应用可以增加传感器的稳定性以及灵敏度。 本论文利用一种树枝状聚合物——PAMAM,通过自组装、化学键合等方法,对电极表面进行修饰,制备成DNA探针,运用核酸杂交技术,制备了DNA电化学传感器。本文着重进行了三种类型的DNA电化学生物传感器的研制和性质研究: 1.研制了一种新型的基于树枝状聚合物聚酰胺胺的DNA生物传感器,利用树枝状聚合物的三维立体结构,以及纳米金的球状结构,增大了电极的比表面积,极大地增加了DNA探针的固载量,制成ssDNA/AuNPs/PAMAM/巯基丙酸/金电极,用循环伏安法和微分脉冲伏安法对电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了电极制备的最佳条件,此DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA区别明显,可有效地识别但碱基错配的互补DNA链。对目标DNA的线性监测范围为1.3×10-9mol·L-1到6.5×10-11mol·L-1之间,检测限为4.1×10-11mol·L-1。 2.研制了一种新颖的,高灵敏的基于树枝状分子和纳米金放大技术的DNA生物传感器。在金电极上实现了PAMAM G4的共价自组装,形成了三维稳定膜,再利用亲和素-生物素共价连接探针DNA,制成探针DNA修饰电极ssDNA-Biotin-Avidin/PAMAM/Au,PAMAM G4的球形纳米结构和表面具有的大量-NH2功能团在固载探针DNA的数量和稳定性方面比烷烃链形成的自组装膜具有明显的优势,用循环伏安法和电化学阻抗法对修饰电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了ssDNA固定的最佳条件;用纳米金识别单链DNA和六氨基钌组成了灵敏的电化学信号放大体系。因为在探针DNA固定和杂交信号表达步骤中均采用了放大技术,制备的电化学DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA区别明显,并可识别单碱基错配互补链DNA。对目标DNA的线性检测范围为:2.7×10-11至2.7×10-14 mo1·L-1,检测限为1.4×10-14 mol L-1。该生物传感器具有较高的灵敏度和良好的选择性,由于构建传感器的过程中所用试剂与生物大分子具有良好的生物相容性,因此该传感器具有较好的应用价值。 3.研制了一种新颖的,高灵敏的基于自组装技术和纳米金放大技术的DNA生物传感器。在金电极上电镀一层纳米金,实现了对巯基苯胺(4-ATP)的自组装,形成一层有序的单分子膜,然后再利用亲和素-生物素共价连接探针DNA,制成了探针DNA修饰电极ssDNA-Biotin-Avidin/4-ATP/Au/Au,纳米金的球形结构能够增加固载探针DNA的数量和电极的稳定性。应用循环伏安法和电化学阻抗法对修饰电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了ssDNA固定的最佳条件;用纳米金识别单链DNA和六氨基钌组成了灵敏的电化学信号放大体系。因为在探针DNA固定和杂交信号表达步骤均采用了放大技术,制备的电化学DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA具有明显的识别,并可识别单碱基错配互补链DNA。对目标DNA的线性检测范围为:2.0×10-9 ~ 1.4×10-11mol·L-1,检测限为9.5×10-12 mol L-1(3σ)。该生物传感器具有较高的灵敏度和良好的选择性。


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