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基于电中性金属配合物为杂交指示剂的新型DNA传感器

作　者: 丁应涛
导　师: 汪庆祥
学　校:
专　业: 分析化学
关键词: 电中性 锇配合物 铜配合物 双乙酰基二茂铁缩乙二胺 杂交指示剂 电化学传感器 CaMV35S启动子基因
分类号: O657
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


作为电化学基因传感器的关键组件之一，新型杂交指示剂的设计和开发一直是生命分析领域的研究热点。然而目前广泛使用的指示剂在检测条件下都呈正电荷属性，它们与单、双DNA之间的非特异性静电作用在很大程度上制约了传感器基因检测的准确性。本文以含羟基、羧基等负电荷配位基团的分子（如吡啶羧酸等）作为电荷控制配体合成了多种电中性金属配合物，降低了配合物与单链DNA之间的非特异性结合作用，并从中筛选出了识别性能优越的配合物作为杂交指示剂应用于DNA电化学传感器中，构建了DNA传感检测新方法。主要研究内容如下：（1）以联吡啶并[3,2-a,2′,3′-c]吩嗪（DPPZ）为嵌插配体，以2,6-吡啶二羧酸（PC）为电荷控制配体合成了新型电中性锇配合物[Os（DPPZ）（PC）（H2O）]。采用紫外吸收光谱法、循环伏安法、常规脉冲伏安法和计时库仑法研究了[Os（DPPZ）（PC）（H2O）]与双链DNA（dsDNA）的相互作用。紫外光谱法显示dsDNA的加入能引起配合物特征吸收峰的减色效应，表明了二者之间的相互作用。循环伏安实验表明配合物在玻碳电极上呈现一对准可逆的氧化还原峰；加入dsDNA后，配合物的峰电流减小，式电位正移，表明二者通过嵌插方式发生作用。通过常规脉冲伏安滴定法计算配合物与dsDNA的结合常数为2.7（±0.3）×105L/mol。将该锇配合物作为杂交指示剂应用于DNA传感器中对花椰菜花叶病毒的35S启动子基因（CaMV35S）相关DNA片段进行检测，结果表明，由于配合物的电中性特点，指示剂在探针DNA修饰电极上未观察到电化学响应，而在杂交后的双链DNA电极上得到了灵敏的电化学信号，显示了很高的信噪比。定量分析实验进一步表明该传感器还原峰电流与目标序列浓度在8.0×10-10mol/L～2.8×10-9mol/L范围内呈良好的线性关系，且对互补序列，碱基错配序列和非互补序列具有很好的识别能力。（2）合成了一种电中性的铜配合物Cu（PC）2·H2O （PC=吡啶-2-羧酸），并采用电化学方法研究了其与双链DNA（dsDNA）在溶液中的相互作用。实验结果表明该配合物通过特异性的嵌插模式与dsDNA发生作用，结合常数为3.1（±0.9）×105L/mol。电极表面研究结果显示Cu（PC）2·H2O能有效的识别dsDNA和单链DNA（ssDNA），基于此，该铜配合物被用作电化学杂交指示剂来检测与CaMV35S启动子基因相关的寡聚核苷酸片段。结果显示，由于Cu（PC）2·H2O配合物与ssDNA不存在相互作用，使得传感器表现出很低的背景信号。杂交选择性实验进一步表明该传感器能很好的区分互补序列、碱基错配序列和非互补序列。同时，传感器在1.0×10-14mol/L～1.0×10-6mol/L范围能实现对目标序列的定量检测。（3）合成了一种哑铃型的双乙酰基二茂铁缩乙二胺复合物（AFc）2-en（AFc=乙酰基二茂铁, en=乙二胺），并采用电化学法详细研究了其与dsDNA在溶液中的相互作用。实验结果显示高电活性的（AFc）2-en配合物能通过双沟槽模式与dsDNA发生作用，二者的结合常数和结合位点分别为3.7×105L/mol和4.2。电极表面研究显示（AFc）2-en在dsDNA修饰电极具有很强的电化学响应，而在ssDNA修饰电极上没有任何电化学响应，以上结果表明（AFc）2-en配合物能很好的区分dsDNA和ssDNA。基于此特征，我们将（AFc）2-en配合物作为电化学杂交指示剂应用DNA传感器中来测定CaMV35S启动子基因片段。选择性实验表明该传感器对互补序列、碱基错配序列和非互补序列具有很好的识别能力。同时，可以在较宽的线性范围(1.0×10-14mol/L～1.0×10-6mol/L)内实现对目标序列的定量检测，检测限为2.0×10-15mol/L。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章 绪论  13-35
  1.1 电化学 DNA 传感器  13
  1.2 杂交过程的电信号输出类型  13-16
  1.3 非标记型电化学杂交指示剂  16-20
    1.3.1 非标记型电化学杂交指示剂的定义  16
    1.3.2 非标记型电化学杂交指示剂的工作原理  16
    1.3.3 非标记型电化学杂交指示剂的分类  16-20
  1.4 金属型杂交指示剂的研究现状  20-24
    1.4.1 简单多吡啶类配合物  20
    1.4.2 功能修饰多吡啶类配合物  20-23
    1.4.3 螺纹型配合物  23-24
    1.4.4 其它金属配合物  24
  1.5 金属型杂交指示剂的优点  24-25
  1.6 金属型杂交指示剂的应用前景  25-26
  1.7 本课题的研究意义及内容  26-29
  参考文献  29-35
第2章 基于电中性锇配合物（[Os(DPPZ)(PC)(H_2O)]）为杂交指示剂的低背景 DNA 电化学传感器  35-55
  2.1 引言  35-36
  2.2 实验部分  36-39
    2.2.1 试剂与仪器  36
    2.2.2 [Os(DPPZ)(PC)(H_2O)]的合成与表征  36-37
    2.2.3 [Os(DPPZ)(PC)(H_2O)]与 DNA 在溶液中相互作用的紫外和电化学研究.25  37
    2.2.4 DNA 探针的固定与杂交  37-38
    2.2.5 指示剂的结合与电化学测量  38-39
  2.3 结果与讨论  39-48
    2.3.1 [Os(DPPZ)(PC)(H_2O)]与 DNA 的相互作用  39-44
    2.3.2 [Os(DPPZ)(PC)(H_2O)]作为杂交指示剂的实验条件优化  44-45
    2.3.3 DNA 杂交检测  45-48
  2.4 本章小结  48-49
  参考文献  49-55
第3章 以二（吡啶-2-羧酸）铜平面配合物为杂交指示剂的 DNA 电化学传感器  55-75
  3.1 引言  55-56
  3.2 实验部分  56-59
    3.2.1 试剂与仪器  56-57
    3.2.2 Cu(PC)_2 H_2O 的合成与表征  57
    3.2.3 Cu(PC)_2 H_2O 与 DNA 在溶液中相互作用的电化学研究  57
    3.2.4 DNA 探针的固定与杂交  57-58
    3.2.5 指示剂的结合与电化学测量  58-59
  3.3 结果与讨论  59-69
    3.3.1 Cu(PC)_2 H_2O 与 DNA 的相互作用的循环伏安和计时库仑分析  59-62
    3.3.2 Cu(PC)_2 H_2O 与 DNA 相互作用的结合常数和结合位点的计算  62-64
    3.3.3 Cu(PC)_2 H_2O 在单双链 DNA 修饰电极上的电化学行为  64-66
    3.3.4 Cu(PC)_2 H_2O 作为杂交指示剂在 DNA 传感器中的选择性  66-67
    3.3.5 Cu(PC)_2 H_2O 作为杂交指示剂在 DNA 传感器中的分析性能  67-69
  3.4 本章小结  69-71
  参考文献  71-75
第4章 以二茂铁基哑铃型双沟槽结合剂为指示剂的 DNA 传感器  75-101
  4.1 引言  75-77
  4.2 实验部分  77-81
    4.2.1 试剂与仪器  77
    4.2.2 (AFc)_2-en 的合成与表征  77-78
    4.2.3 (AFc)_2-en 与 DNA 在溶液中相互作用的光谱和电化学研究  78-79
    4.2.4 (AFc)_2-en 与 ssDNA 和 dsDNA 在电极表面的相互作用  79
    4.2.5 (AFc)_2-en 作为杂交指示剂的应用  79-80
    4.2.6 指示剂的结合与电化学测量  80-81
  4.3 结果与讨论  81-93
    4.3.1 紫外光谱分析  81-82
    4.3.2 (AFc)_2-en 与 dsDNA 相互作用的电化学研究  82-88
    4.3.3 (AFc)_2-en 与 ssDNA 和 dsDNA 在电极表面的识别机理  88-90
    4.3.4 (AFc)_2-en 作为电化学杂交指示剂在 DNA 传感器中的应用  90-93
    4.3.5 传感器的重现性和再生性  93
  4.4 本章小结  93-95
  参考文献  95-101
附录  101-103
致谢  103-105
攻读硕士期间参与的科研项目与完成的科研成果  105-106

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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）
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