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离子液体和聚苯胺纳米管修饰丝网印刷DNA生物传感器的应用研究

离子液体和聚苯胺纳米管修饰丝网印刷DNA生物传感器的应用研究

引用

作者：冷翠翠青岛科技大学

学位级别：硕士

本研究构建了掺杂导电油墨制作的丝网印刷电极,并将其用于对特定DNA片段和肿瘤细胞进行识别和测定,为许多疾病的临床早期诊断提供基础性研究。本文着重进行了三种类型的DNA传感器的研制和性质研究:1.丝网印刷电极的构建。合成了形貌、... 详细信息

本研究构建了掺杂导电油墨制作的丝网印刷电极,并将其用于对特定DNA片段和肿瘤细胞进行识别和测定,为许多疾病的临床早期诊断提供基础性研究。本文着重进行了三种类型的DNA传感器的研制和性质研究:1.丝网印刷电极的构建。合成了形貌、尺寸和电导率适当的聚苯胺纳米管,然后将室温离子液体与所合成的聚苯胺纳米管共同掺杂入导电油墨中,用于制造三电极丝网印刷DNA传感器中的工作电极,再用壳聚糖膜加以覆盖修饰电极。优化了掺杂和修饰条件,在最佳条件下所得的电极具有较低的表面阻抗和较高的电化学灵敏度。2.基于这个传感器建立了一种基于酶放大的DNA夹心检测的方法。将avidin修饰的辣根过氧化物酶(avidin-HRP)固定到杂交好的DNA上,通过HRP催化底物邻氨基酚和双氧水反应产生信号。在实验选定的最佳条件下,得到了目标DNA的线性范围为8×10-14-2×10-13 M,检测限为8.37×10-15 M。另外,三碱基错配序列和完全非互补序列的杂交情况同样被检测。其中,三碱基错配序列显示有微弱的电化学信号而完全非互补序列则无信号检出。这说明我们设计的DNA传感器具有良好的选择性。3.在以上工作的基础上,我们改进了实验方法,研究了另一种灵敏度更高的基于六氨基钌和金纳米粒子放大信号的电化学方法法检测DNA特定序列的生物传感器。首先,将巯基修饰的捕获DNA固定在纳米金修饰的丝网印刷电极表面,之后分别与目标DNA和标记金纳米粒子的3'位巯基修饰的检测探针、探针杂交,形成了“夹心”式的DNA杂交复合物。通过六氨基钌特异性吸附到纳米金结合的单链DNA中,六氨基钌发生氧化还原反应产生信号通过计时电量法检测信号进一步增强了检测的灵敏度。结合以上两种因素,该DNA传感器可检测到10-17的低浓度的目标DNA,并在三碱基错配DNA的测定上显示出良好的选择性。同时,对实验的最佳检测条件进行了选择。在最佳条件下进行检测,得到了目标DNA的8×10-17 M的检测限,检测的线性范围为1.0×10-16 M到1.0×10-14 M。4.我们又深入研究制作了一种可以检测肿瘤细胞的传感器。这种传感器是以Ramos肿瘤细胞的适体识别以及DNA序列的循环复制替换为基础构建的。这一检测方案分两步进行:首先,将适体序列DNA固定在磁珠上后与“信使序列”杂交,Ramos细胞与这一杂交复合体结合导致信使序列DNA释放出来;将发卡序列固定在电极上,释放出的信使序列与其“环”部分杂交,颈环部分被打开,再与金纳米颗粒结合的引物DNA杂交形成杂交复合体,并在DNA复制酶、脱氧三磷酸核苷酸混合物(dNTP)和镁离子存在下引发以引物为起点的DNA聚合反应,反应过程中形成一条与发卡探针互补的新链,同时信使序列DNA被替换而释放到溶液中,找到另一个发卡探针开始新的循环复制。引物序列上的纳米金颗粒同时附有分子条码序列,其上吸附有六氨基钌,通过计时电量法检测六氨基钌的氧化还原信号,进一步增强了检测的灵敏度。结合以上两种因素,该DNA传感器可检测到10-17的低浓度的目标DNA,也可以检测1 ml溶液中含有100个细胞,并在三碱基错配DNA的测定上显示出良好的选择性。同时,对含有其他干扰细胞时该传感器也可以显示出良好的选择性。该研究还对实验的最佳检测条件进行了选择。

关键词：丝网印刷电极聚苯胺纳米管离子液体 avidin-HRP 六氨基钌金纳米颗粒肿瘤细胞

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基于树枝状聚合物和纳米金的DNA电化学生物传感器的研究

基于树枝状聚合物和纳米金的DNA电化学生物传感器的研究

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作者：李晓琳青岛科技大学

学位级别：硕士

随着人类对基因诊断了解的不断深入,对DNA序列进行快速、便捷、准确的检测方法的研究越来越受到人们的重视。其中DNA电化学生物传感器因其方法简单,可靠,选择性好,灵敏度高等显著特点而备受人们关注。树枝状聚合物因其分子结构的高度对... 详细信息

随着人类对基因诊断了解的不断深入,对DNA序列进行快速、便捷、准确的检测方法的研究越来越受到人们的重视。其中DNA电化学生物传感器因其方法简单,可靠,选择性好,灵敏度高等显著特点而备受人们关注。树枝状聚合物因其分子结构的高度对称,可认为的设计分子大小、形状、结构以及官能基团,并在分子水平上进行控制,高度化的对称结构以及三维纳米尺寸使这类化合物具有特殊的物理化学性质,在超分子化学,光化学与电化学,催化剂,生物医学,纳米材料等领域得到广泛的应用。在如今的研究中,作为DNA载体的PAMAM (聚酰胺胺)是被研究最多的树枝状大分子之一。将树枝状聚合与用于DNA生物传感器的应用可以增加传感器的稳定性以及灵敏度。本论文利用一种树枝状聚合物——PAMAM,通过自组装、化学键合等方法,对电极表面进行修饰,制备成DNA探针,运用核酸杂交技术,制备了DNA电化学传感器。本文着重进行了三种类型的DNA电化学生物传感器的研制和性质研究: 1.研制了一种新型的基于树枝状聚合物聚酰胺胺的DNA生物传感器,利用树枝状聚合物的三维立体结构,以及纳米金的球状结构,增大了电极的比表面积,极大地增加了DNA探针的固载量,制成ssDNA/AuNPs/PAMAM/巯基丙酸/金电极,用循环伏安法和微分脉冲伏安法对电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了电极制备的最佳条件,此DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA区别明显,可有效地识别但碱基错配的互补DNA链。对目标DNA的线性监测范围为1.3×10-9mol·L-1到6.5×10-11mol·L-1之间,检测限为4.1×10-11mol·L-1。 2.研制了一种新颖的,高灵敏的基于树枝状分子和纳米金放大技术的DNA生物传感器。在金电极上实现了PAMAM G4的共价自组装,形成了三维稳定膜,再利用亲和素-生物素共价连接探针DNA,制成探针DNA修饰电极ssDNA-Biotin-Avidin/PAMAM/Au,PAMAM G4的球形纳米结构和表面具有的大量-NH2功能团在固载探针DNA的数量和稳定性方面比烷烃链形成的自组装膜具有明显的优势,用循环伏安法和电化学阻抗法对修饰电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了ssDNA固定的最佳条件;用纳米金识别单链DNA和六氨基钌组成了灵敏的电化学信号放大体系。因为在探针DNA固定和杂交信号表达步骤中均采用了放大技术,制备的电化学DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA区别明显,并可识别单碱基错配互补链DNA。对目标DNA的线性检测范围为:2.7×10-11至2.7×10-14 mo1·L-1,检测限为1.4×10-14 mol L-1。该生物传感器具有较高的灵敏度和良好的选择性,由于构建传感器的过程中所用试剂与生物大分子具有良好的生物相容性,因此该传感器具有较好的应用价值。 3.研制了一种新颖的,高灵敏的基于自组装技术和纳米金放大技术的DNA生物传感器。在金电极上电镀一层纳米金,实现了对巯基苯胺(4-ATP)的自组装,形成一层有序的单分子膜,然后再利用亲和素-生物素共价连接探针DNA,制成了探针DNA修饰电极ssDNA-Biotin-Avidin/4-ATP/Au/Au,纳米金的球形结构能够增加固载探针DNA的数量和电极的稳定性。应用循环伏安法和电化学阻抗法对修饰电极进行了表征,用K3Fe(CN)6考察了ssDNA固定的最佳条件;用纳米金识别单链DNA和六氨基钌组成了灵敏的电化学信号放大体系。因为在探针DNA固定和杂交信号表达步骤均采用了放大技术,制备的电化学DNA传感器具有较高的灵敏度,对单双链DNA具有明显的识别,并可识别单碱基错配互补链DNA。对目标DNA的线性检测范围为:2.0×10-9 1.4×10-11mol·L-1,检测限为9.5×10-12 mol L-1(3σ)。该生物传感器具有较高的灵敏度和良好的选择性。

关键词：树枝状聚合物聚酰胺胺纳米金自组装六氨基钌 DNA生物传感器

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