DNA电化学传感器是由特定序列的DNA和电化学识别物质组成的。特定序列的DNA起着选择性识别特异靶基因的作用,根据电化学识别物质在杂交前后的电化学信号变化可以测得靶基因是否存在和含量的多少。这种利用DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的DNA生物传感技术,受到生物分析工作者的高度重视。同时电化学检测方法以其灵敏度高、轻巧便宜、携带方便、耗能少、能与现代微电子技术联用、易于实现微型化等优点,受到了研究者们的广泛关注。DNA电化学传感器在疾病控制,环境检测和药物筛选等方面的研究必将具有深远的意义和应用价值。 分子灯塔也叫分子信标,它是近几年兴起的利用核酸杂交技术对核酸分子进行检测的新技术,具有快速、简便的特点。它的建立为研究核酸分子的组成、含量提供了快速、特异、方便的新手段,在基因检测领域有着广阔的应用前景。传统的分子信标(Molecular Beacons,MB)是基于荧光共振能量转移原理设计的寡核苷酸探针。随着对MB特性的深入研究,MB已被设计成各种形式和不同功能的探针,并成功地应用于PCR实时监控、基因突变的快速分析、DNA和RNA的检测、DNA杂交的动力学研究以及DNA/蛋白质相互作用研究等。 本论文利用电化学技术,结合分子信标技术制备配合物型电化学活性-非活性转换分子信标,并对其热力学和电化学行为进行研究。该配合物型电化学活性-非活性转换分子信标既保留了分子信标本身的高灵敏性,高特异性；又引入了电化学检测方便可靠的优点,具有较高的专一性和灵敏度；同时形成配合物型电化学活性-非活性转换分子信标大大提高了电化学分子信标的热稳定性,改善了电化学分子信标的熔链温度,为实时PCR检测及在溶液中直接进行生物分子识别提供了思路。这种配合物型电化学活性-非活性转换分子信标为基因诊断,蛋白分析和PCR实时监控及基因芯片的研制提供了很好的思路和有效的依据。 本论文分为四章： 第一章绪论主要介绍分子信标的结构、原理、主要影响因素、应用以及发展前景：同时概述了电化学分析方法的特点、分类和在DNA检测中的应用,介绍了电化学和分子信标结合的最新进展及展望。最后阐述了本论文的研究目的和意义以及新颖之处。 第二章配合物型电化学活性-非活性转换分子信标(Mn+-CAs-MB)的设计及表征本章详细阐述了高热稳定电化学活性-非活性分子信标的设计和合成：将具有灵敏电化学响应信号的胭脂红酸偶联到分子信标上,作为电化学活性-非活性信号分子,利用分子信标发卡结构和它与目标序列作用后发生构型改变,使胭脂红酸分子可在缔合状态和解离状态(OFF/ON)间变化,从而令其具有在电化学活性-非活性间切换的能力,用于构建新型非固定性电化学分子信标；再加入金属离子形成配合物,以提高分子信标的热稳定性。同时利用紫外-可见光谱对胭脂红酸金属配合物以及胭脂红酸金属配合物型电化学活性-非活性转换分子信标进行表征。结果表明,金属离子的加入有效地提高了电化学分子信标的热稳定性。由于金属、配体可以改变的特点,因此对电化学分子信标的结构设计具有广泛的灵活性。而这一系列的研究工作对电化学活性-非活性转换分子信标的发展具有重要的意义。 第三章配合物型电化学活性-非活性转换分子信标(Mn+-CAs-MB)热力学研究热力学研究可以对反应过程的热行为及影响因素进行深入的了解和探索,目前有关分子信标热力学方面的研究已有报道。本章对设计的配合物型电化学活性-非活性转换分子信标进行了详细的热力学探究,计算了配合物型电化学活性-非活性转换分子信标的热力学参数,同时,对不同配合物组成的电化学活性-非活性转换分子信标的差异性进行了研究；从理论上推导了不同金属离子配合物组成的电化学活性-非活性转换分子信标对热稳定性的影响,结果证明金属配合物型电化学活性-非活性转换分子信标具有高的热稳定性,可直接在溶液中进行杂交识别,实现对活体细胞进行直接电化学识别检测,以及实时PCR电化学检测。 第四章配合物型电化学活性-非活性转换分子信标(Mn+-CAs-MB)分子信标的电化学行为研究将电化学检测技术与高特异性的分子信标技术结合是DNA分析检测的趋势,而如何将电化学分子信标用于溶液检测,提高热稳定性,进行实时PCR检测是关键所在。本章对热稳定电化学活性-非活性转换分子信标进行了电化学行为研究,结果表明金属离子的加入改善了电化学活性-非活性转换分子信标的热稳定性,提高了其熔链温度Tm。同时金属离子的加入并没有改变分子信标的杂交过程。另外,金属离子对分子信标热循环的回环率也有一定影响：金属离子地加入使得电化学分子信标在开始阶段受热循环的影响明显减小。