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高灵敏电化学核酸及核酸适体生物传感构筑及性能研究

作　者: 王颖
导　师: 刘树峰
学　校: 青岛科技大学
专　业: 物理化学
关键词: 电化学生物传感器 杂交链式反应 适体 均相 纳米材料
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本论文构筑得到了几种基于核酸及核酸适体的新型电化学生物传感器,实现了对核酸片段、凝血酶及三磷酸腺苷(ATP)的高灵敏检测。另外,利用电沉积方法制备得到新型钯纳米材料修饰电极,并对甲醇的电化学催化氧化性能进行了初步探索研究。1、基于靶标催化发夹状DNA组装和杂交链式反应策略,构筑了一种无酶、高灵敏电化学DNA生物传感器。电极表面固定发夹状DNA探针,待测体系中存在目标DNA时,发夹DNA打开,引发固定探针与另一个发夹状探针在电极表面的组装,同时释放出目标DNA。一个目标DNA分子可诱导多个发夹状DNA之间的组装。目标DNA催化发夹状DNA组装后,进一步利用杂交链式反应策略,引入信号探针,提高电化学DNA的检测灵敏度。该新型信号放大策略不涉及任何蛋白酶,针对目标DNA的检测限可达10-16M。2、基于纳米金溶出伏安法和核酸适体识别策略设计得到一种新型电化学凝血酶生物传感器。将两条浓度为1μM的凝血酶适体分别固定在磁性纳米颗粒和制得的具有特殊形貌的金纳米颗粒上。当凝血酶存在时,形成磁性纳米颗粒／凝血酶／金纳米颗粒的三明治结构,利用磁性分离,溶解金纳米颗粒,差分脉冲溶出伏安法检测金信号。这种生物传感器对凝血酶蛋白具有很高的特异性识别能力,其操作不仅简单,而且具有较高的灵敏度,检测限可达10-14M。3、基于均相电化学传感检测策略,设计得到了一种新型、简单、高灵敏检测三磷酸腺苷(ATP)的新方法。通过巧妙的设计包含ATP适体的发夹DNA, ATP存在时引发发夹DNA变构,加入Exonuclease Ⅲ切割标记有二茂铁的平末端3’端,释放ATP, ATP进入下一个循环,二茂铁与ITO电极之间发生电子转移,由此增大了电化学信号,实现了对ATP的检测,检测限可达1nM,避免了异向反应的复杂操作。4、基于一步电沉积方法制备得到新型钯纳米材料修饰电极。在盐酸溶液中,配置28.2mM PdCl2,采用电化学沉积的方法,通过改变沉积电位、沉积时间对钯纳米颗粒进行形貌调控,合成了表面是五角星状的新型钯纳米材料。在碱性溶液中,该新型钯纳米材料修饰电极对甲醇具有非常高的催化氧化能力。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 前言  11-25
  1.1 生物传感器简介  11-15
    1.1.1 生物传感器的定义及分类  11-12
    1.1.2 生物传感器的工作原理  12-13
    1.1.3 生物传感器的特点及应用  13-15
      1.1.3.1 生物传感器在食品饮食中的应用  13-14
      1.1.3.2 生物传感器在发酵工业中的应用  14
      1.1.3.3 生物传感器在环境监测中的应用  14
      1.1.3.4 生物传感器在医学中的应用  14
      1.1.3.5 生物传感器在军事中的应用  14-15
  1.2 DNA在生物传感器中的应用  15-18
    1.2.1 DNA作为目标分析物  15-16
      1.2.1.1 DNA生物传感器  15
      1.2.1.2 DNA生物传感器的设计  15-16
    1.2.2 DNA酶的应用  16-17
      1.2.2.1 DNA酶在检测金属离子中的应用  16
      1.2.2.2 DNA酶在检测蛋白质、细胞中的应用  16
      1.2.2.3 DNA酶在检测单核苷酸多态性中的应用  16-17
    1.2.3 DNA适体的应用  17
    1.2.4 发夹DNA的应用  17-18
  1.3 电化学生物传感器  18-22
    1.3.1 电化学DNA生物传感器  18-19
      1.3.1.1 电化学DNA传感器的基本原理  18-19
      1.3.1.2 DNA杂交的电化学检测  19
    1.3.2 基于核酸适体的电化学生物传感器  19-20
    1.3.3 高灵敏信号放大策略  20-22
      1.3.3.1 纳米颗粒放大信号策略  20-21
      1.3.3.2 杂交链式反应(HCR)放大信号策略  21
      1.3.3.3 靶标循环放大策略  21-22
  1.4 电化学生物传感器前景与展望  22-23
    1.4.1 电化学生物传感器的发展方向  22
    1.4.2 电化学生物传感器的发展新趋势  22-23
  1.5 课题意义及主要内容  23-25
第二章 基于靶标催化发夹状DNA组装和杂交链式反应构筑无酶超灵敏电化学核酸传感器  25-35
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-28
    2.2.1 试剂与仪器  26-27
    2.2.2 实验方法  27-28
      2.2.2.1 金电极的预处理  27
      2.2.2.2 DNA的固定和杂交  27
      2.2.2.3 目标DNA引发杂交链式反应  27
      2.2.2.4 电化学检测  27-28
  2.3 结果与讨论  28-34
    2.3.1 实验原理  28
    2.3.2 实验条件的优化  28-29
    2.3.3 可行性表征  29-30
    2.3.4 Fe(CN)_6~(3-/4-)在电极表面的电化学行为  30-31
    2.3.5 HCR反应表征  31-32
    2.3.6 灵敏性表征  32-33
    2.3.7 选择性表征  33-34
  2.4 小结  34-35
第三章 基于纳米金溶出伏安法进行凝血酶传感检测研究  35-45
  3.1 引言  35-36
  3.2 实验部分  36-38
    3.2.1 试剂与仪器  36-37
    3.2.2 实验方法  37-38
      3.2.2.1 在磁性纳米颗粒上固定核酸适配体I  37
      3.2.2.2 在金纳米颗粒上固定核酸适配体  37
      3.2.2.3 磁性纳米颗粒/凝血酶/金纳米颗粒三明治结构的制备  37
      3.2.2.4 玻碳电极的预处理  37-38
      3.2.2.5 凝血酶的检测  38
  3.3 结果与讨论  38-44
    3.3.1 实验原理  38-39
    3.3.2 金纳米颗粒的表征  39
    3.3.3 实验条件的优化  39-41
      3.3.3.1 沉积电位的优化  40
      3.3.3.2 沉积时间的优化  40-41
    3.3.4 对于不同浓度的凝血酶的检测  41-42
    3.3.5 核酸适配体对凝血酶蛋白的特异性识别  42-43
    3.3.6 三明治结构对凝血酶的检测限  43-44
  3.4 小结  44-45
第四章 基于外切酶Ⅲ辅助靶标循环放大策略构筑新型均相电化学ATP传感器  45-54
  4.1 引言  45-46
  4.2 实验部分  46-47
    4.2.1 试剂与仪器  46
    4.2.2 实验方法  46-47
      4.2.2.1 ITO电极的预处理  46
      4.2.2.2 Exonuclease Ⅲ辅助的ATP检测  46
      4.2.2.3 荧光检测  46-47
  4.3 结果与讨论  47-53
    4.3.1 实验原理  47-48
    4.3.2 可行性表征  48-49
      4.3.2.1 电化学表征  48
      4.3.2.2 荧光表征  48-49
    4.3.3 实验条件的优化  49-51
      4.3.3.1 发夹探针浓度的优化  49-50
      4.3.3.2 反应时间的优化  50-51
    4.3.4 灵敏性表征  51-52
    4.3.5 特异性表征  52-53
  4.4 小结  53-54
第五章 电沉积钯纳米材料制备及其电催化性能研究  54-64
  5.1 引言  54-55
  5.2 实验部分  55-56
    5.2.1 试剂与仪器  55
    5.2.2 实验方法  55-56
      2.2.2.1 金电极的预处理  55-56
      5.2.2.2 不同形貌钯纳米颗粒的制备  56
      5.2.2.3 甲醇的催化  56
  5.3 结果与讨论  56-63
    5.3.1 不同形貌钯纳米颗粒的SEM表征  56-59
      5.3.1.1 HCl浓度对钯纳米颗粒形貌的影响  56-57
      5.3.1.2 沉积电位对钯纳米颗粒形貌的影响  57-58
      5.3.1.3 沉积时间对钯纳米颗粒形貌的影响  58
      5.3.1.4 酸电解液种类对钯纳米颗粒形貌的影响  58-59
    5.3.2 钯纳米颗粒X射线衍射(XRD)分析  59-60
    5.3.3 钯纳米颗粒催化碱性甲醇  60-63
      5.3.3.1 沉积电位的影响  60-61
      5.3.3.2 沉积时间的影响  61-62
      5.3.3.3 对比实验  62-63
  5.4 小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间发表的学术论文  75-76

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 分析化学 > 仪器分析法（物理及物理化学分析法） > 电化学分析法
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