基于聚合物/纳米管状材料的DNA电化学生物传感器及应用

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DNA探针的固定是DNA电化学生物传感器制作的首要问题,固化量和活性直接影响着传感器的灵敏度。目前DNA固定方法主要有直接吸附法、共价键合法、聚合膜法、自组装膜法和蛋白质结合法等方法。本论文主要采用聚合物膜法固定DNA,并结合纳米管状材料的应用以制备DNA电化学生物传感器,实现对了转基因植物产品外源基因的灵敏检测。主要包括以下内容: 1.将羧基化的单壁碳纳米管(SWNTs)滴涂于碳糊电极(CPE)的表面,制得碳纳米管修饰碳糊电极(SWNTs/CPE)。然后采用循环伏安法在SWNTs/CPE上修饰一层聚L-赖氨酸(pLys)膜,借助聚L-赖氨酸带正电的界面可以与DNA带负电荷的磷酸骨架的静电作用这一特性,将DNA探针固定在pLys/SWNTs/CPE电极上,从而制得探针电极。采用[Fe(CN)6]3-/4-体系通过循环伏安法与电化学交流阻抗技术对电极的修饰以及探针的固定、杂交过程进行了表征。DNA探针于电极表面的固定以及探针与互补单链DNA杂交使电负性的Fe(CN)6]3-/4-的表面电子传递电阻值依次增大。以杂交前后电极表面电子传递电阻的改变值作为杂交信号,对草丁膦乙酰转移酶基因(PAT基因)片段进行检测,其线性范围为1.0×10-12mol/L~1.0×10-7mol/L,检测限可达3.1×10-13mol/L。并应用此DNA电化学传感器同时对实际样品转基因大豆胭脂碱合成酶基因终止子(NOS基因)的PCR扩增产物进行了检测,效果令人满意。 2.借助于聚L-赖氨酸(pLys)均匀分散聚苯胺纳米管(PANInt),并进一步将其滴涂于碳糊电极(CPE)的表面,制得聚L-赖氨酸-聚苯胺纳米管复合膜修饰碳糊电极(pLys-PANInt/CPE)。引入的聚苯胺纳米管不仅保留有聚苯胺良好的电化学性能,还同时具备了纳米物质所特有的优点,大大改变了修饰电极的表面性能。利用聚L-赖氨酸-聚苯胺纳米管复合膜带正电的界面可以与DNA带负电荷的磷酸骨架的静电作用这一特性,将DNA探针固定在pLys-PANInt/CPE电极上,从而制得探针电极。以经典杂交指示剂-亚甲基蓝(MB)采用微分脉冲伏安技术考察了DNA的最佳固定与杂交条件。应用此DNA电化学传感器通过交流阻抗技术对PAT基因片段进行检测。其线性范围为1.0×10-11mol/L~1.0×10-6mol/L,检测限可达2.9×10-12mol/L,同时对转基因大豆NOS基因的PCR扩增产物的实际样品进行了检测,效果令人满意。 3.借助于聚L-赖氨酸(pLys)均匀分散聚氨基苯磺酸纳米管(PABSAnt),并进一步将其滴涂于碳糊电极(CPE)的表面,制得聚L-赖氨酸-聚氨基苯磺酸纳米管复合膜修饰碳糊电极(pLys-PABSAnt/CPE)。引入的聚氨基苯磺酸纳米管不仅保留有聚氨基苯磺酸纳米管良好的电化学性能,还同时具备了纳米物质所特有的优点,大大改变了修饰电极的表面性能。由于复合膜中所富含的聚L-赖氨酸可以使得电极表面形成带正电的界面,它可以与DNA带负电荷的磷酸骨架发生静电作用,从而将DNA探针固定在pLys-PABSAnt/CPE电极上,制得探针电极。应用此DNA电化学传感器通过交流阻抗技术对经HindⅢ限制性内切酶酶切后的转基因大豆样品进行了测定,并用传感器检测含量不同的转基因大豆DNA和非转基因大豆DNA的混合溶液,杂交前后的电流差与转基因DNA的含量呈良好线性关系,可以直接用于转基因大豆DNA中转基因成分的定量检测。
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