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发卡式DNA电化学发光生物传感器的研究

作　者: 张静
导　师: 张成孝
学　校: 陕西师范大学
专　业: 分析化学
关键词: DNA传感器电化学发光发卡式DNA 钌联吡啶衍生物
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

基因结构与基因功能研究的不断深入已迅速推动了人类疾病的DNA诊断及基因治疗的研究。基因DNA分子序列的微小改变，基因突变及多态性如一个或几个核苷酸的取代、缺失或增多，就会导致遗传性状的改变或各种疾病的出现。分子信标是一种由寡聚核酸形成的发夹型分子，它包括一个环（loop）—干（stem）结构。这种DNA探针有很高的杂交特异性。分子信标因具有灵敏度高，特异结合性好等优点而被广泛应用于生物学和生物分析领域。在注重功能基因研究的后基因组时期，分子信标将会被更多地应用于基因突变引起的疾病的研究、活细胞中DNA的检测、蛋白质的检测及生物芯片研究等。大规模的基因检测要求建立更简单、快速、廉价、微型化的分析装置。许多新的生物技术的开发，为发展高灵敏度、高特异性的基因分析检测方法注入了活力，其中利用DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的各种DNA生物传感技术，受到生物分析工作者的高度重视。电化学发光是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分之间进行化学反应而产生的一种光辐射。根据电化学发光的强度进行的分析方法称为电化学发光分析法。该方法具有化学发光法的灵敏度高、线性范围宽和仪器简单等优点，也具有电化学法容易控制等优点。电化学发光DNA生物传感器因其灵敏度高起而使其研究受到人们的关注。但是，现报道电化学发光DNA生物传感器存在背景信号大或目标物需要修饰等缺点。本论文的目的是探索研究以发卡式DNA为分子识别物质，以钌联吡啶衍生物为电化学发光信号物质，构建高选择性简单的电化学发光DNA生物传感器的可行性，研究发卡式DNA探针的结构对传感器选择性的影响。本论文由绪论、研究报告两部分组成。第一部分为绪论，介绍了DNA传感器原理、分类，总结了电化学发光分析体系和分析方法特点，分子信标的特性，综述了DNA检测方法的研究进展和应用，最后阐述了本论文的研究目的和内容。第二部分为研究报告，由两部分组成。研究报告的第一部分为发卡式DNA电化学发光生物传感器制作和基本性能的研究。提出用二（2，2’-联吡啶）（2，2’-吡啶-4，4’-二碳酸）琥珀酰胺钌（Ru（bpy）₂（dcbpy）NHS）标记发卡式DNA，制得探针Ru（bpy）₂（dcbpy）NHS-hairpin-DNA，将探针固定在金电极上制得电化学发光传感器，与待测的目标DNA杂交，然后在含有三丙胺（TPA）的杂交缓冲溶液中施加电压，记录电化学发光信号，通过电化学发光信号的变化对目标DNA进行检测。当不存在互补ss-DNA时，探针处于闭合状态，标记物钌联吡啶离电极很近，产生强的电化学发光信号；存在互补序列时，探针与目标ss-DNA发生杂交发应，环状结构被打开，形成刚性的直链ds-DNA，标记物远离电极，电化学发光强度降低。试验结果表明，发卡式DNA为探针与传统的直链DNA探针检测相比，可以极大的提高电化学发光传感器的选择性；电化学发光强度与目标DNA浓度的负对数在2.7×10^-10mol L^-1～5.4×10^-6mol L^-1范围内分段成线形关系，检出限为9.0×10^-11mol L^-1，对1.0×10^-9mol L^-1浓度的靶DNA进行7次测定，相对标准偏差为3.9％。研究报告的第二部分研究了不同发卡式DNA电化学发光生物传感器的选择性问题。研究了电化学发光传感器对单碱基错配序列以及多碱基错配序列的识别，发现本文设计的传感器能够将单碱基错配序列从互补序列中区分开来。还研究了固定有不同环长探针传感器的选择性，将不同长度发卡式DNA的探针固定于金电极上，与待测目标进行杂交后，将杂交后的电极作为工作电极，在含有TPA的溶液中进行电化学发光测量。实验结果表明，探针中DNA的长度影响其在电极表面的固定量，且制作的传感器可以很好的检测多碱基错配系列。选择合适的发卡式DNA，提高传感器的选择性。本研究工作主要以电化学发光为检测手段，结合发卡式DNA、DNA杂交技术、自组装技术制作了一种新的电化学发光DNA传感器。本论文的研究结果表明，以发卡式DNA为分子识别物质，以钌联吡啶衍生物为电化学发光信号物质，构建高选择性简单的电化学发光DNA生物传感器是可行的。发卡式DNA的使用可以提高电化学发光DNA传感器的选择性和灵敏度。这项工作将为电化学发光DNA传感器的研究提供一种新的思路，将促进电化学发光DNA传感器研究的发展。

全文目录

中文摘要  3-5
Abstract  5-9
第一部分绪论  9-29
  1.1 分子信标简介  9-11
    1.1.1 分子信标的结构  9-11
    1.1.2 分子信标的特点  11
  1.2 DNA生物传感器简介  11-20
    1.2.1 生物传感器简介  11-13
    1.2.2 DNA生物传感器  13-20
      1.2.2.1 DNA的组成和结构  13-15
      1.2.2.2 DNA传感器分类  15-18
      1.2.2.3 DNA的固定方法  18-20
  1.3 发卡式 DNA传感器研究进展  20-21
  1.4 电化学发光分析法的原理和体系和研究进展  21-27
  1.5 本论文的研究目的及工作意义  27-29
第二部分研究报告  29-48
  2.1 发卡式 DNA电化学发光生物传感器的研究  29-41
    2.1.1 引言  29-30
    2.1.2 实验部分  30-33
      2.1.2.1 仪器与试剂  30-31
      2.1.2.2 电化学发光 DNA生物传感器的制作  31-33
    2.1.3 结果与讨论  33-40
      2.1.3.1 电化学发光探针的表征  33-34
      2.1.3.2 电化学发光传感器制作的条件优化  34-36
      2.1.3.3 测量条件的选择  36-38
      2.1.3.4 传感器对目标序列的特异性识别  38
      2.1.3.5 ECL检测 DNA的线性范围和检出限  38-40
    2.1.4 结论  40-41
  2.2 电化学发光 DNA生物传感器的选择性研究  41-48
    2.2.1 引言  41
    2.2.2 实验部分  41-43
      2.2.2.1 仪器与试剂  41-42
      2.2.2.2 实验步骤  42-43
        2.2.2.2.1 Ru(bpy)_2(dcbpy)NHS 的制备  42
        2.2.2.2.2 探针的制备  42
        2.2.2.2.3 电化学发光传感器的制作  42-43
        2.2.2.2.4 杂交反应和电化学发光检测  43
    2.2.3 结果与讨论  43-47
      2.2.3.1 单碱基错配序列的识别  43-44
      2.2.3.2 多碱基错配序列的识别  44-46
      2.2.3.3 探针长度对电化学发光的影响  46-47
    2.2.4 结论  47-48
总结  48-49
参考文献  49-61
致谢  61-62
攻读硕士期间的研究成果  62

发卡式DNA电化学发光生物传感器的研究

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