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生防疫、疾病診斷、藥物研究、環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與DNA特異性反應結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、檢測范圍寬等優點。根據換能器的種類不同，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相結合而發展起來的生物傳感器。與傳統的同位素標記DNA技術方法相比，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、吸附能力強等優異性質，使其為生物醫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展。納米粒子的獨特性質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，并以此物質為標記物制備了高靈敏的DNA電化學探針，結合DNA雜交技術分子、自組裝技術、納米技術和微電極技術，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生物傳感器的發展趨勢。 第二部分為研究報告，由兩部分內容組成。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、。結合DNA雜交技術和DNA自組裝固定化技術，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雜交分析方法并結合微電極技術，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％。初步實驗結果表明，本文提出的基于微電極上夾心式DNA