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基于信号放大技术的电化学生物传感器研究

作　者: 张亮亮
导　师: 沈国励
学　校: 湖南大学
专　业: 分析化学
关键词: 电化学DNA传感器电化学免疫传感器生物条形码核酸外切酶Ⅲ 邻近表面杂交分析 T-Hg(Ⅱ)-T配位 HIV-1 DNA 蛋白质
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

利用化学与生物传感技术进行环境监测、食品分析和疾病的早期诊断,是目前分析化学中既新颖又极具吸引力的热门研究课题之一。电化学生物传感器由于其灵敏度高、设备简单、成本低和检测速度快等优点而吸引了研究者越来越多的关注。本论文结合信号放大技术,发展了一些新的电化学生物传感技术用于金属离子、核酸和蛋白质的检测。具体包括:在第2章中,基于Hg²⁺可以和两个胸腺嘧啶特异性结合以及生物条形码信号放大技术,构建了一种生物传感器,实现了对汞离子的高灵敏检测。当Hg²⁺存在时,连接序列3’半片段与电极表面的捕获探针通过T-Hg（Ⅱ）-T作用相互杂交,然后引入纳米金功能化报告DNA与连接序列的5’半片段杂交,使得信号增强。结果表明,该方法灵敏度高、选择性好,对Hg²⁺的检测下限为0.5 nM。在第3章中,建立了一种基于核酸外切酶Ⅲ和生物条形码双重放大的电化学核酸检测技术,用于HIV-1 DNA的检测。当目标DNA与5’端固定在电极表面的捕获探针杂交时,目标序列3’末端有9个碱基突出,而捕获探针3’末端为凹陷末端,核酸外切酶Ⅲ切割捕获探针,释放出目标DNA。释放出的目标DNA继续与捕获探针杂交,捕获探针再被水解,多次循环,使得捕获探针不断减少。进而引起之后杂交的条形码探针减少,吸附的六氨合钌分子数目较少,电化学信号降低。该方法的动力学检测范围为100 pM到100 nM。在第4章中,发展了一种基于邻近表面杂交分析方法检测蛋白质的新型电化学免疫传感器,为建立蛋白分子检测的通用技术平台提供技术依据。该方法以前列腺特异性抗原（PSA）为检测模型,将两条核酸探针分别修饰一对识别PSA不同抗原决定簇的单克隆抗体,其中一条探针与电极表面的捕获探针5’半片段互补且熔链温度较低,该探针3’端修饰二茂铁;另一条与捕获探针3’半片段互补且熔链温度较低;而且,第二探针尾端序列下游与第一探针尾端上游有较短的互补序列,这一短互补序列熔链温度也较低。抗体对与抗原同时结合后,两条核酸探针由于邻近而相互杂交,杂交体两尾端序列与捕获探针杂交,并使末端标记的二茂铁分子与电极充分接近,产生了显著的氧化还原电流。结果表明,该方法的动态检测范围为25 pg/mL到2 ng/mL,检测下限为13 pg/mL,且该免疫传感器可再生使用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 电化学生物传感器  11-13
    1.1.1 电化学生物传感器的原理  12
    1.1.2 电化学生物传感器的分类  12
    1.1.3 生物分子在电极表面的固定  12-13
  1.2 电化学DNA 传感器  13-16
    1.2.1 电化学DNA 传感器原理  14
    1.2.2 电化学DNA 传感器的检测方法  14-16
  1.3 电化学免疫传感器  16-20
    1.3.1 免疫检测的分析原理  16-17
    1.3.2 电化学免疫传感器的分类  17-20
  1.4 电化学传感器信号放大方法  20-22
    1.4.1 基于生物酶的电化学信号放大  20
    1.4.2 基于纳米材料的电化学信号放大  20-22
  1.5 电化学生物传感器的发展趋势及前景展望  22
  1.6 本论文工作构想  22-24
第2章基于纳米金修饰DNA 的信号放大技术用于超灵敏非标记电化学汞离子检测  24-34
  2.1 前言  24-25
  2.2 实验部分  25-27
    2.2.1 试剂和仪器  25-26
    2.2.2 纳米金的合成  26
    2.2.3 DNA-AuNPs 的制备  26
    2.2.4 金电极的处理及DNA 的固定  26
    2.2.5 Hg~(2+)的电化学检测  26-27
  2.3 结果与讨论  27-33
    2.3.1 检测原理  27-28
    2.3.2 DNA-AuNPs 的信号放大  28
    2.3.3 传感界面的电化学表征  28-29
    2.3.4 离子强度和反应时间的影响  29-31
    2.3.5 传感器的性能  31-33
    2.3.6 实际样品中Hg~(2+)回收率的测定  33
  2.4 小结  33-34
第3章基于核酸外切酶III 及纳米金修饰信号DNA 双重放大的HIV-1 DNA 电化学检测  34-44
  3.1 前言  34-35
  3.2. 实验部分  35-37
    3.2.1 试剂和仪器  35-36
    3.2.2 纳米金的合成  36
    3.2.3 DNA-AuNPs 的制备  36
    3.2.4 金电极的处理及DNA 的固定  36-37
    3.2.5 HIV-1 DNA 的电化学检测  37
  3.3 结果与讨论  37-42
    3.3.1 实验原理  37-38
    3.3.2 传感器的电化学响应  38-40
    3.3.3 传感界面的电化学表征  40-41
    3.3.4 酶切时间的考察  41
    3.3.5 HIV-1 DNA 的浓度测定  41-42
  3.4 小结  42-44
第4章基于邻近表面杂交分析的电化学免疫传感器用于PSA 的检测  44-53
  4.1 前言  44-45
  4.2 实验部分  45-47
    4.2.1 试剂和仪器  45-46
    4.2.2 核酸探针的设计  46
    4.2.3 二茂铁标记氨基修饰的核酸探针  46
    4.2.4 抗体和寡核苷酸链的共价结合  46
    4.2.5 金电极的处理和DNA 的固定  46
    4.2.6 PSA 的电化学检测  46-47
  4.3 结果与讨论  47-52
    4.3.1 实验原理  47
    4.3.2 电极表面巯基DNA 的固定密度  47
    4.3.3 传感器的电化学响应  47-49
    4.3.4 传感界面的电化学表征  49-50
    4.3.5 不同扫速下的电化学行为  50
    4.3.6 PSA 的测定  50-52
  4.4 小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-70
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  70-71
致谢  71

基于信号放大技术的电化学生物传感器研究

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