基于多糖信号放大型高灵敏DNA电化学生物传感器
毕业论文关键词 DNA 肽核酸 电化学 生物传感器 自组装 多糖
Title An ultrasensitive electrochemical DNA biosensor based on the polysaccharide-induced signal amplification
Abstract A novel electrochemical DNA biosensor has been constructed based on the polysaccharide-induced signal amplification and differential pulse voltammetry (DPV) technique,it can be used for the ultrasensitive and high-selective detection of target DNA.In this method,peptide nucleic acid (PNA) molecules modified with a hydrosulfide group at its end were firstly immobilized on the gold electrode by forming a self-assembly monolayer and then hybridization was performed in the ensuing step.After that, polygalacturonic acid potassium salt molecules were introduced to the hybridized DNA strand by employing zirconium-phosphate-carbonate chemistries.Next,the polygalacturonic acid potassium salt molecules associated to DNA strand were oxidized by periodate in acetate buffer, and ammoniacal silver ions were reduced to metallic nanoparticles by the newly produced aldedyde groups on polysaccharide backbone.The deposited silver nanoparticles were electrochemically stripped into solution and then measured by differential pulse voltammetry.A much higher detection limit of sub-femtomolar was achieved under optimal conditions.This electrochemical biosensor is also applicable for the detection of target-specific RNA.
Keywords DNA PNA Electrochemistry Biosensor Self-assembly monolayer Polysaccharide
目次
1绪论1
2实验部分.7
2.1仪器与试剂7
2.2实验方法..7
3结果与讨论..9
3.1电极表面的预处理过程对DNA电化学检测结果重现性的影响9
3.2巯基封闭对DNA电化学检测结果的影响12
3.3银离子浓度的选择13
3.4传感器检测性能的研究.14
4结论15
5致谢16
6参考文献17
1 绪论 生物传感器是由固定化的生物活性材料（如单链 DNA片段）作为分子识别元件与适当的理化换能器及信号放大装置构成的对待测生物物质敏感并能将其浓度信号转换为电信号、光信号等一系列可检测信号的分析工具或系统，是发展生物技术必不可少的一种检测方法与监控手段，也是实现待测生物分子快速、痕量分析的一种全新方法[1]。DNA 生物传感器是指作为分子识别元件的生物活性材料（或待检测物）为单链或双链 DNA的一类生物传感器。DNA生物传感器根据其检测原理的不同，通常可分为 DNA电化学生物传感器、 DNA光学生物传感器和 DNA压电生物传感器等[1]。DNA电化学生物传感器是通过检测待测特异性目标DNA片段（单链或双链） 在与固定在电极表面的固定化捕获探针杂交反应过程中的电化学信号的变化，来确定目标DNA片段的含量的[1]。DNA电化学生物传感器的结构，主要包括两个组成部分:①分子识别元件，由固定在信号转换器上的捕获探针组成，它可以特异性地识别目标寡核苷酸片段并与其发生杂交反应；②信号转换器，转换器(通常指电极)可以将因杂交反应所引起的电化学参数的变化转换为可检测的电信号，源]自{优尔^*论\文}网·www.youerw.com/ 根据杂交前后信号强度的变化来实现对参与杂交反应的特异性目标 DNA片段含量的检测。 DNA电化学生物传感器用于特异性目标DNA片段检测时具有灵敏度高、特异性强以及选择性好等优点，在国民经济的诸多部门，如临床医学、食品安全、发酵工业和环境监测等领域，有着相当广阔的应用前景[1]。作为一种新型的痕量特异性目标DNA片段的分析方法与检测工具， DNA电化学生物传感器的产生只有几十年的历史，近年来，在生命科学、信息科学、材料科学、微制造技术及电化学分析方法等的发展成果的推动下获得了快速的发展[1]。 电极表面的状况，如表面粗糙度等[2,3]，对后续的电极表面的电化学修饰过程及检测结果的可重复性等有很大的影响。研究表明，在对金电极表面用有机硫化物（如硫醇、二硫化物、硫醚等）进行自组装的过程中，电极表面的性质对形成的自组装单分子层的可重复性和稳定性的影响很大，其重要性超过自组装过程本身[2]。因此，在对电极表面进行各种电化学修饰前，根据所采用实验方法的不同，通常需要对电极表面进行适当程度的预处理，常用的预处理方法主要包括物理方法、化学方法和电化学方法。在对电极表面进行预处理的过程中，常用的物理方法有机械打磨法和超声波清洗法。其中，机械打磨法通常是指利用一定粒径（如 0.05 微米）的氧化铝悬浮液对电极表面进行打磨[4-12]，该方法可以显著地降低电极表面的粗糙度以及可以在一定程度上去除吸附或结合在电极表面的有机物等杂质。在对电极表面进行机械打磨时，一般先选用粒径较大的氧化铝悬浮液对电极表面进行打磨，然后再换用粒径较小的氧化铝悬浮液[5-8]。在正确的打磨方式下，适当延长打磨时间，获得的电极表面越均匀，电极的可修饰性越好，电化学检测结果可以获得较好的重现性。经过机械打磨法处理过的电极表面，通常都会吸附一些氧化铝等固体微粒，需要采用超声波清洗的方法进一步除去。超声波清洗法主要是将电极表面置于超纯水[6-12]或无水乙醇[6-11]、丙酮[12]等有机溶剂中进行一定时间的超声处理，超声时间根据超声清洗仪的功率来确定，通过超声波清洗可以有效地去除通过静电相互作用吸附在电极表面的各种杂质。