碳納米管載體標記電化學DNA生物傳感器的研究.pdf

1、脫氧核糖核酸(DNA)是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎。生物機體的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過DNA的復制由親代傳給子代。堿基序列的變異與人類許多遺傳疾病有關。因此，對特定序列的DNA分析以及對DNA鏈中堿基突變的檢測在衛(wèi)生防疫、疾病診斷、藥物研究、環(huán)境科學及生物工程方面具有深遠的意義。 將高靈敏度的傳感技術(shù)與DNA特異性反應結(jié)合起來而設計的生物傳感器為DNA生物傳感器。DNA傳感器是近年來

2、生物傳感器研究的前沿課題。DNA傳感器具有特異性高、準確性好、檢測范圍寬等優(yōu)點。根據(jù)換能器的種類不同，DNA傳感器可分為電化學DNA傳感器、壓電晶體DNA傳感器和光學DNA傳感器等。 電化學DNA傳感器是一種將電化學分析方法與雜交技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的生物傳感器。與傳統(tǒng)的同位素標記DNA技術(shù)方法相比，它具有快速、靈敏、操作簡便、無污染的特點，不僅具有分子識別功能，而且還有無可比擬的分離純化基因的功能，因此，在分子生物學和生物醫(yī)學

3、工程領域中有著很大的實際意義。 將納米材料引入分析化學研究已成為分析化學的一個研究熱點，為分析化學領域的發(fā)展和應用開辟了新的思路。納米顆粒因比表面積大、表面反應活性高、催化效率高、吸附能力強等優(yōu)異性質(zhì)，使其為生物醫(yī)學研究提供了新的研究途徑，同時也推動了化學和生物傳感器的迅速發(fā)展。納米粒子的獨特性質(zhì)與生物分子雜交反應的特異性和電化學檢測方法的高靈敏性相結(jié)合，使其應用范圍更加廣闊。納米粒子與生物分子連接用于DNA疾病的診斷，對生物分

4、析化學將產(chǎn)生巨大的影響。 本論文研究工作旨在研究銀包覆的碳納米管的電化學性能，并以此物質(zhì)為標記物制備了高靈敏的DNA電化學探針，結(jié)合DNA雜交技術(shù)分子、自組裝技術(shù)、納米技術(shù)和微電極技術(shù)，采用高靈敏度的微分脈沖伏安法(DPV)應用于DNA的序列識別及含量測定。本論文探索和建立了兩種簡單、快速、靈敏的電化學DNA檢測方法，并將其用于囊腫纖維素病毒DNA和艾滋病病毒DNA序列的測定。本論文研究工作是在國家自然科學基金“新型功能納米材料

5、組裝電化學發(fā)光生物親合傳感器的研究”(No.20375025)項目的資助下完成的。 第一部分為綜述，詳細介紹了電化學DNA生物傳感器的分類、單鏈DNA的固定方法和電化學檢測方法，評述了電化學DNA生物傳感器的研究進展；簡要概述了納米材料在電分析化學領域中的應用；展望了電化學DNA生物傳感器的發(fā)展趨勢。 第二部分為研究報告，由兩部分內(nèi)容組成。第一部分為以銀包覆的碳納米管(Ag-CNT)為標記物的電化學DNA生物傳感器的研究

6、。結(jié)合DNA雜交技術(shù)和DNA自組裝固定化技術(shù)，將高靈敏度的DPV方法應用于DNA的序列識別及含量測定。以Ag-CNT為標記物制備了單鏈DNA-電化學探針，研究了Ag-CNT標記物的電化學性能，并基此建立了電化學分析法檢測特定序列DNA的分析方法。通過自組裝技術(shù)將3’末端帶有巰基的目標-ssDNA(HS-ssDNA)固定到金電極上，然后與標記有Ag-CNT的已知序列ssDNA進行雜交反應，最后通過測量DPV信號的變化對特殊序列DNA濃度和

7、囊腫纖維病毒DNA濃度進行了測定。DPV分析信號與待測DNA濃度在3.2×10-14～1.0×10-11mol/L區(qū)間呈線性關系，方法檢測限為1.0×10-14mol/L。對1.0×10-12mol/L的待測DNA進行11次測定，相對標準偏差為4.8％。實驗結(jié)果表明，本文提出的以Ag-CNT為標記物，建立高靈敏度電化學直接檢測DNA雜交的方法是可行的。 研究報告的第二部分為基于微電極上夾心雜交技術(shù)電化學分析法檢測HIV-1DNA

8、的研究。我們提出了電化學檢測的夾心式DNA雜交分析方法并結(jié)合微電極技術(shù)，建立了DPV法測定HIV-1DNA的電化學分析新方法。在選擇的實驗條件下，DPV分析信號與目標ssDNA濃度在1.0×10-12～1.0×10-10mol/L范圍內(nèi)與電流呈良好的線性關系，檢出限可達到5.0×10-13mol/L。對1.0×10-11mol/L的目標ssDNA進行11次測定，相對標準偏差為4.9％。初步實驗結(jié)果表明，本文提出的基于微電極上夾心式DNA