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碳纳米粒子对鲁米诺电化学发光体系抑制作用的研究及其在DNA检测中的应用

作　者: 张丽红
导　师: 郭志慧
学　校: 陕西师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 鲁米诺电化学发光抑制效应碳纳米粒子 DNA检测
分类号: O657.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

核酸是储存生命体遗传信息的大分子,具有相对复杂的结构,因此,发展能够准确快速的检测生命体遗传信息的方法,在生物学领域是相当重要的研究课题。目前为止,有关DNA的检测方法中,发展较为成熟的主要有聚合酶链式反应(PCR)和基因芯片,但这两种方法检测技术复杂、仪器设备昂贵,使其广泛的检测应用受到一定的限制,因此,出现了许多利用杂交反应发展起来的DNA检测技术,主要包括荧光法、化学发光法、电化学法、电化学发光法。电化学发光(ECL)主要指对电极施加一定激发电压,通过在电极表面发生电化学反应而获得电生物质,这些电生物质之间或与体系中其他组分之间发生电子转移产生活跃的激发态,激发态回到基态产生光辐射的过程。由于电化学发光法具有一些优点,如线性范围宽、灵敏度高、可控性好、操作方便、仪器简单、分析速度快等,目前在生物、医学、遗传物质、免疫分析环境等领域有着广泛的应用。本文主要是基于新型纳米材料-碳纳米粒子(CDots)对鲁米诺电化学发光体系的抑制作用,以及单双链DNA与碳纳米粒子作用方式的差异,构建了快速、简单、廉价的DNA电化学发光检测体系。分别利用探针在溶液中和固定在电极表面两种方式进行检测。本论文主要由综述和研究报告两部分组成,综述部分主要介绍了电化学发光的发展简史、定义及分析特性、鲁米诺和钌联吡啶两大电化学发光体系的原理及分析应用；DNA传感器的构建及分析方法；纳米材料在电化学发光领域的应用及新型纳米材料-碳纳米粒子的合成及应用；最后阐述了本文的研究目的和意义。第二部分为研究报告,主要由两部分组成：2.1鲁米诺-碳纳米粒子电化学发光体系检测非固定化DNA的研究利用阶跃脉冲作为电化学激发方式,借助于碳纳米粒子对鲁米诺电化学发光体系的抑制作用,当在其中加入探针DNA发光信号会得到恢复,探针DNA与目标DNA进行杂交之后,信号又会有所降低,因此利用该信号差异实现对目标DNA的检测,该检测方法的线性范围为2.5×10-12～1.0×10-10mol/L,检出限为1.8×10-13mol/L。该检测过程都在溶液当中进行,无需对所用核酸序列进行标记和固定,实现了对DNA简单、快速、灵敏的检测。2.2鲁米诺-碳纳米粒子电化学发光体系对DNA传感的研究基于在2.1章节中所用到的检测体系,我们发现,传感器对目标DNA的识别随着浓度的增加是一个负增长的趋势,因此,我们在这一部分的研究工作中将探针DNA固定到电极表面,由于碳纳米粒子会通过π-π键的方式结合到探针DNA上,使其接近电极表面而对鲁米诺电化学发光的抑制作用增强；当固定在电极上的探针DNA与目标DNA进行杂交之后,由于双链DNA的刚性结构以及带负电荷的磷酸基团对碳纳米粒子的排斥,使得其离开电极表面附近,对鲁米诺发光的抑制作用也降低,电化学发光信号又得到恢复,根据DNA杂交前后电化学发光信号的差异实现对目标DNA的识别,该检测方法的线性范围为1.0×10-10～7.5×10-9mol/L,检出限为5.2×10-11mol/L。同时,该传感体系还可以用于检测较长碱基序列,如45、55个碱基序列的DNA链。本文运用DNA杂交技术,基于碳纳米粒子对鲁米诺电化学发光的抑制作用,以及碳纳米粒子与单双链DNA相互作用的方式和程度的不同,构建了两种不同的DNA检测方法,不仅为DNA传感器的制作提供了新思路,同时也实现了碳纳米粒子在电化学发光领域的应用性研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章综述  9-29
  1.1 引言  9-10
  1.2 电化学发光的简介  10-18
    1.2.1 电化学发光的发展简史  10-11
    1.2.2 电化学发光的定义及分析特性  11-12
    1.2.3 主要电化学发光体系及其反应原理  12-16
    1.2.4 电化学发光的分析应用  16-18
  1.3 DNA生物传感器简介  18-23
    1.3.1 DNA的分子结构及性质  18-19
    1.3.2 DNA分子杂交分析方法  19-20
    1.3.3 DNA传感器的构建  20-23
  1.4 纳米材料及其在电化学发光分析中的应用  23-26
    1.4.1 纳米材料在电化学发光分析的应用  23-25
    1.4.2 碳纳米粒子的合成及其分析应用  25-26
  1.5 本论文的研究目的和意义  26-29
第2章研究报告  29-63
  2.1 鲁米诺-碳纳米粒子电化学发光体系检测非固定化DNA的研究  29-47
    2.1.1 引言  29-30
    2.1.2 实验部分  30-31
    2.1.3 结果与讨论  31-45
    2.1.4 小结  45-47
  2.2 鲁米诺-碳纳米粒子电化学发光体系对DNA传感的研究  47-63
    2.2.1 引言  47-48
    2.2.2 实验部分  48-51
    2.2.3 结果与讨论  51-62
    2.2.4 小结  62-63
总结  63-65
参考文献  65-77
致谢  77-79
攻读学位期间的研究成果  79

碳纳米粒子对鲁米诺电化学发光体系抑制作用的研究及其在DNA检测中的应用

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