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碳纳米管负载铂、银纳米粒子修饰电极制备DNA电化学生物传感器的研究

作　者: 韩彬
导　师: 牛淑妍
学　校: 青岛科技大学
专　业: 分析化学
关键词: 木犀草素铜 碳纳米管 银纳米颗粒 铂纳米颗粒 电化学DNA生物传感器
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文合成了木犀草素铜（Ⅱ）和咪唑并邻菲咯啉铁（Ⅲ）金属配合物,通过元素分析、红外光谱确定其结构。利用电化学和光谱的方法研究了这些化合物与DNA的作用机理,确定了最佳反应条件。运用核酸杂交技术和碳纳米管负载铂、银纳米粒子修饰电极的方法,用具有电化学活性的化合物作为指示剂制备了DNA电化学传感器,用于识别和测定互补的DNA片断。对电极表面进行修饰,制备成DNA探针,并将DNA探针应用于靶序列DNA片断的识别。能有效的识别互补的ssDNA片断,具有良好的选择性,可用于实际样品的分析。论文共分为四部分。（1）在0.20 mol·L-1、pH 5.0的B-R缓冲溶液中,运用循环伏安法和荧光光谱法研究了木犀草素与DNA的相互作用。选择了合适的缓冲溶液、pH值、反应时间和扫速等最佳作用条件。结果表明,木犀草素可以通过嵌插作用与DNA结合,实验求得其结合比为2:1,结合常数为3.33×1010L2·mol-2。（2）合成了一种新的木犀草素铜配合物C30H18CuO12（CuL2）,用元素分析（EA）和红外光谱法（IR）对其结构进行了表征,并运用循环伏安法和荧光光谱法研究了CuL2与DNA的相互作用。选择了合适的缓冲溶液、pH值、反应时间等最佳作用条件。结果表明,CuL2可以通过嵌插作用与DNA结合,实验求得其结合比为3:1,结合常数为3.80×1014L3·mol-3。（3）以CuL2为指示剂,将银纳米颗粒固定在碳纳米管修饰玻碳电极的表面,制备了一种新的灵敏度更高的用于杂交检测DNA电化学生物传感器。使对氨基苯甲酸和银纳米颗粒通过电化学作用共价结合在碳纳米管的表面,大大增强了该传感器的灵敏度。测定了该DNA电化学传感器检测HBV的检测线性范围为3.23×10-12-5.31×10-9mol·L-1,检测限为6.46×10-13mol·L-1（S/N=3）。（4）合成了[Fe（phen）2IP]·3ClO4·2H2O（phen=邻菲咯啉,IP=咪唑并[f]邻菲咯啉）配合物;通过配合物的红外光谱、元素分析,确定了配合物的分子组成。以[Fe（phen）2IP]·3ClO4·2H2O为指示剂,利用载铂碳纳米管修饰电极的方法制成的电化学DNA传感器,与单纯碳纳米管修饰玻碳电极的探针相比,测定目标DNA的灵敏度显著提高。测定了该DNA电化学传感器检测HBV的检测线性范围为1.13×10-11-1.13×10-9 mol·L-1,检测限为5.56×10-12 mol·L-1（S/N=3）。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 前言  11-28
  1.1 DNA的结构和性质  11-15
    1.1.1 核酸的组成和结构  11-13
    1.1.2 小分子化合物与DNA相互作用的研究方法  13-15
      1.1.2.1 电化学方法  13
      1.1.2.2 光谱法  13-15
      1.1.2.3 其他方法  15
  1.2 DNA生物传感器  15-26
    1.2.1 DNA电化学传感器的基本原理和结构  15-16
    1.2.2 DNA电化学传感器的制备  16-21
      1.2.2.1 探针的固定  16
      1.2.2.2 基底电极的选择  16-17
      1.2.2.3 DNA探针在电极表面的固定方法  17-21
    1.2.3 杂交指示剂的研究  21
    1.2.4 碳纳米管在DNA传感器中的应用  21-23
    1.2.5 DNA电化学传感器的应用与展望  23-26
      1.2.5.1 DNA电化学传感器的应用  23-25
      1.2.5.2 前景展望  25-26
  1.3. 木犀草素的研究现状  26-27
  1.4 课题立项依据及研究内容  27-28
第二章 木犀草素与DNA相互作用的电化学及荧光光谱研究  28-38
  2.1 实验部分  28-29
    2.1.1 仪器与试剂  28-29
    2.1.2 实验方法  29
      2.1.2.1 木犀草素与DNA相互作用的电化学行为  29
      2.1.2.2 木犀草素与EB-DNA体系竞争的荧光光谱研究  29
  2.2 结果与讨论  29-37
    2.2.1 木犀草素的电化学性质研究  29-36
      2.2.1.1 木犀草素与DNA相互作用的电化学研究  29-30
      2.2.1.2 pH对木犀草素与DNA相互作用的影响  30-31
      2.2.1.3 反应时间对木犀草素与DNA相互作用的影响  31-32
      2.2.1.4 扫速对木犀草素氧化峰电流的影响  32-33
      2.2.1.5 DNA浓度对木犀草素氧化峰电流变化△I_(pa)的影响  33
      2.2.1.6 DNA-木犀草素结合物的结合常数和化学计量系数  33-36
    2.2.2 木犀草素与DNA相互作用的荧光光谱研究  36-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章 木犀草素铜(Ⅱ)配合物的合成、表征及与DNA相互作用的研究  38-50
  3.1 实验部分  38-39
    3.1.1 仪器与试剂  38
    3.1.2 实验方法  38-39
      3.1.2.1 金属配合物的合成路线及方法  38-39
      3.1.2.2 木犀草素铜(Ⅱ)与DNA相互作用的电化学行为  39
      3.1.2.3 木犀草素铜(Ⅱ)与EB-DNA体系竞争的荧光光谱研究  39
  3.2 结果与讨论  39-49
    3.2.1 配体及配合物的表征  39-41
    3.2.2 木犀草素铜(Ⅱ)与DNA相互作用的电化学行为  41-48
      3.2.2.1 DNA对木犀草素铜(Ⅱ)的循环伏安曲线的影响  42-43
      3.2.2.2 pH值对木犀草素铜(Ⅱ)与DNA相互作用的影响  43
      3.2.2.3 反应时间对木犀草素铜(Ⅱ)与DNA相互作用的影响  43-44
      3.2.2.4 扫速对木犀草素铜(Ⅱ)氧化峰电流的影响  44-45
      3.2.2.5 DNA浓度对木犀草素铜(Ⅱ)氧化峰电流的影响  45-46
      3.2.2.6 DNA的检测限  46
      3.2.2.7 DNA-木犀草素铜(Ⅱ)结合物的结合常数和化学计量系数  46-48
    3.2.3 木犀草素铜(Ⅱ)与DNA相互作用的荧光光谱研究  48-49
  3.3 本章小结  49-50
第四章 以木犀草素铜(Ⅱ)为指示剂的碳纳米管负载银修饰电极制备DNA电化学传感器  50-61
  4.1 实验部分  50-53
    4.1.1 仪器与试剂  50-51
    4.1.2 实验方法  51-53
      4.1.2.1 玻碳电极的预处理 #4l  51
      4.1.2.2 碳纳米管和银纳米颗粒在电极表面的固定  51-52
      4.1.2.3 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定  52
      4.1.2.4 修饰后玻碳电极上DNA的杂交  52
      4.1.2.5 指示剂的嵌入  52
      4.1.2.6 电化学测定  52-53
  4.2 结果与讨论  53-60
    4.2.1 4-ABA在多壁碳纳米管上的共价修饰  53
    4.2.2 玻碳电极修饰情况的电化学表征  53-55
    4.2.3 DNA在电极表面杂交过程的表征  55-56
    4.2.4 杂交条件的优化  56-57
    4.2.5 DNA电化学传感器的选择性  57-59
    4.2.6 DNA电化学传感器线性范围和检测限  59-60
  4.3 本章小结  60-61
第五章 以铁-咪唑并邻菲咯啉为指示剂的碳纳米管负载铂修饰电极制备DNA电化学传感器  61-78
  5.1 实验部分  61-65
    5.1.1 仪器与试剂  61-62
    5.1.2 实验方法  62-65
      5.1.2.1 制备咪唑并[f]邻菲咯啉(IP)配体  62-63
      5.1.2.2 制备配合物[Fe(phen)_2IP]·3ClO_4·2H_2O  63
      5.1.2.3 [Fe(phen)_2IP]·3ClO_4·2H_2O与DNA相互作用的电化学研究  63
      5.1.2.4 制备电化学DNA传感器  63-65
        5.1.2.4.1 铂纳米颗粒的制备  63-64
        5.1.2.4.2 玻碳电极的预处理  64
        5.1.2.4.3 MWCNTs/Pt_(nano)修饰电极的制备  64
        5.1.2.4.4 玻碳修饰电极的共价键合与DNA的固定  64-65
        5.1.2.4.5 修饰后玻碳电极上DNA的杂交  65
        5.1.2.4.6 指示剂的嵌入  65
        5.1.2.4.7 电化学测定  65
  5.2 结果与讨论  65-77
    5.2.1 [Fe(phen)_2IP]~(3+)的电化学性质研究  65-70
      5.2.1.1 [Fe(phen)_2IP]~(3+)与DNA相互作用的电化学研究  65-66
      5.2.1.2 pH值对[Fe(phen)_2IP]~(3+)与DNA相互作用的影响  66-68
      5.2.1.3 反应时间对[Fe(phen)_2IP]~(3+)与DNA相互作用的影响  68
      5.2.1.4 扫速对[Fe(phen)_2IP]~(3+)氧化峰电流的影响  68-69
      5.2.1.5 DNA浓度对[Fe(phen)_2IP]~(3+)氧化峰电流的影响  69-70
    5.2.2 DNA电化学传感器的制备  70-76
      5.2.2.1 玻碳修饰电极的电镜图表征  70-71
      5.2.2.2 玻碳电极修饰情况的电化学表征  71-72
      5.2.2.3 DNA在电极表面杂交过程的表征  72-73
      5.2.2.4 杂交条件的优化  73-74
      5.2.2.5 DNA电化学传感器的选择性  74-75
      5.2.2.6 DNA电化学传感器的检测线性范围与检测限  75-76
      5.2.2.7 杂交dsDNA修饰电极的稳定性和重现性  76
    5.2.3 载铂、银碳纳米管传感器与单纯碳纳米管传感器的比较  76-77
  5.3 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-89
致谢  89-91
攻读学位期间发表及待发表的学术论文目录  91-93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 生物传感器、医学传感器
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