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用于检测汞离子及腺苷的DNA生物传感器研究

作　者: 吴会旺
导　师: 俞汝勤
学　校: 湖南大学
专　业: 分析化学
关键词: 汞离子 胸腺嘧啶 荧光传感器 电化学传感器 核酸适体 纳米颗粒
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


汞离子是一种在环境中普遍存在的污染物,其毒性非常大,不易被降解,并能通过甲基化作用转化成有机汞,并通过食物链产生富集效果,最终导致在人体内积累,对人类的健康和生命造成严重的威胁。汞能引起很多严重的疾病,例如:对DNA的破坏,对肾和肝脏的破坏,对大脑以及引起中枢神经的破坏、使心肌梗死的危险增大等。因此,对环境中的汞离子污染进行检测与监控十分必要,而且有很重要的意义。近年来核酸适体得到了广泛的研究与应用。利用核酸适体高特异性结合目标物的特性发展的生物传感器对代谢物、DNA、蛋白质等物质进行临床疾病的快速、准确的检测与监控,是分析化学中非常热门的研究课题之一。在本研究论文中,主要包括以下两方面内容:（1）基于T-Hg2+-T结构构建的汞离子传感器在第二章中,我们研制了一种基于T-T碱基错配特异性键合汞离子的荧光传感器用于汞离子的检测。该传感器由两条分别标记了荧光基团（F）和淬灭基团（Q）的DNA探针组成,并且含有两对用于结合汞离子的T-T错配碱基。实验考察了温度对传感器的影响,以及其它金属离子的干扰。实验结果表明,该传感器选择性好,动力学响应范围为50nM到1000nM,检测下限为79nM。在第三章中,结合链置换的原理,研制了一种新型的用于检测水溶液中汞离子的电化学生物传感器。该传感器的基底是在电极表面利用1,6-二巯基己烷组装了一层金纳米颗粒,这种结构可以增加探针在电极表面的固定量,而且,有利于电子的传递。一条与汞离子特异结合的探针与电极表面固定的探针杂交。在汞离子存在的情况下,胸腺嘧啶与汞离子形成T-Hg2+-T结构,破坏了两条探针的稳定结构,使得汞离子特异结合探针从电极表面脱离。因此,吸附在电极表面剩余DNA上的电活性指示剂-亚甲基蓝会减少,导致了电流信号的减弱。这种氧化还原电流的改变可以反映被分析物的浓度。而且,在一定范围内,电流信号与目标物浓度的对数呈线性关系,目标物浓度可达500 nM,检测下限为0.3 nM。该传感器有很好的灵敏度、选择性,并且可运用在实际样品的检测中。（2）基于核酸适体检测腺苷的荧光生物传感器在第四章中,基于核酸适体对目标物的强亲合力和高识别性,研制了一种以腺苷为分析模型的灵敏、特异的新型荧光分析方法。该方法应用了两种纳米材料标记的核酸探针?核酸适体修饰的磁性纳米颗粒和核酸探针P1修饰的金纳米颗粒。利用腺苷诱导核酸适体的构型转换导致与其杂交的金标核酸探针被置换,置换下来的纳米金标记物进而催化抗坏血酸将铜离子还原为金属铜并沉积在金纳米颗粒上,使铜离子对钙黄绿素的荧光淬灭得到抑制。由于极少量的纳米金可催化大量的铜离子还原沉积,使铜离子浓度急剧降低,从而灵敏改变钙黄绿素的荧光信号。实验结果表明,用这种方法检测腺苷得到的动力学响应浓度范围为1.0×10-11到1.0×10-9 M,检测限为1.0×10-12 M。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-22
  1.1 生物传感器  12-13
    1.1.1 生物传感器的结构与原理  12
    1.1.2 生物传感器的优点及分类  12-13
  1.2 DNA 生物传感器  13-15
    1.2.1 电化学 DNA 生物传感器  13-14
    1.2.2 光学DNA 生物传感器  14
    1.2.3 压电DNA 传感器  14-15
  1.3 基于核酸适体的生物传感器  15-18
    1.3.1 核酸适体概念及作用原理  15
    1.3.2 核酸适体优点  15-16
    1.3.3 基于核酸适体的光学生物传感器  16-17
    1.3.4 基于核酸适体的电化学生物传感器  17-18
    1.3.5 基于核酸适体的压电生物传感器  18
  1.4 纳米科技与纳米材料  18-20
    1.4.1 纳米材料在生物传感器中的应用  19
    1.4.2 金纳米粒子在生物传感器中的应用  19-20
    1.4.3 碳纳米管在生物传感器中的应用  20
  1.5 本研究论文的构想  20-22
    1.5.1 基于T-Hg~(2+)-T 的汞离子传感器  21
    1.5.2 基于核酸适体的荧光型腺苷传感器  21-22
第2章 基于T-T 碱基错配的荧光传感器特异性检测汞离子  22-29
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验部分  23
    2.2.1 试剂与仪器  23
    2.2.2 汞离子检测  23
  2.3 结果与讨论  23-28
    2.3.1 荧光检测汞离子过程  23-24
    2.3.2 温度的影响  24-25
    2.3.3 pH 值对汞离子检测的影响  25-26
    2.3.4 汞离子传感器的选择性  26
    2.3.5 传感器用于检测汞离子  26-28
    2.3.6 实际样品的检测  28
  2.4 小结  28-29
第3章 基于 T-Hg~(2+)-T 结构促使 DNA 链置换的非标记电化学汞离子生物传感器  29-38
  3.1 引言  29-30
  3.2 实验部分  30-31
    3.2.1 试剂与仪器  30
    3.2.2 传感器界面的构建  30-31
    3.2.3 电化学检测  31
  3.3 结果与讨论  31-37
    3.3.1 电化学生物传感器的分析原理  31-33
    3.3.2 生物传感器的电化学表征  33
    3.3.3 固定界面的影响  33-34
    3.3.4 传感器的性能  34-36
    3.3.5 自来水中 Hg~(2+)回收率的测定  36-37
  3.4 小结  37-38
第4章 基于（目标物诱导链置换）核酸适体构型转换及纳米金催化沉积铜的荧光分析法超灵敏检测腺苷  38-48
  4.1 引言  38-39
  4.2 实验部分  39-42
    4.2.1 试剂与仪器  39-40
    4.2.2 磁珠偶联 SA 并与biotin-aptamer 结合（MNP-aptamer）  40
    4.2.3 金纳米颗粒的制备及其表面核酸探针的修饰  40-41
    4.2.4 荧光滴定法优化铜离子的用量  41
    4.2.5 纳米金对铜离子-钙黄绿素体系的荧光恢复  41
    4.2.6 腺苷的检测  41-42
  4.3 结果和讨论  42-47
    4.3.1 腺苷的检测原理  42
    4.3.2 GNP-Probe 对钙黄绿素-铜离子体系的荧光恢复原理  42-46
    4.3.3 铜离子对钙黄绿素的荧光淬灭  46
    4.3.4 腺苷的定量检测  46-47
    4.3.5 干扰实验  47
  4.4 小结  47-48
结论  48-49
参考文献  49-61
附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录  61-62
致谢  62

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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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