论文部分内容阅读
DNA电化学生物传感器是当今材料科学、生命科学、信息科学等学科交叉领域研究的热点之一,因其简便、快捷、灵敏、价低等特点在基因工程、医疗诊断、新药筛选、药物作用机理、环境监测、法医鉴定等领域得到广泛研究和应用。其中,DNA探针在电极表面的固定、DNA探针与目标DNA杂交反应、电活性指示剂的选择是制备DNA电化学生物传感器的关键技术。本论文主要制备了纳米金薄膜电极,考察了DNA在电极表面的自组装性能,系统研究了DNA与吩噻嗪类药物的相互作用,主要研究内容如下：用磁控溅射法制备了纳米金薄膜电极,并采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等手段分析了不同工艺条件下制备的电极形貌差异；用循环伏安(CV)和拉曼光谱对其电化学行为及HS-ssDNA自组装等性能进行了表征,并同国外制作的电极进行比对。实验结果表明,金属过渡层不宜过厚,不超过50nm为宜；过渡层金属应选择不与金发生互扩散的金属元素,否则,会影响电极电化学行为。在自制纳米金薄膜电极上用自组装方法固定SH-ssDNA,并用X射线光电子能谱(XPS)、电化学交流阻抗法(EIS)和方波伏安法(SWV)研究了SH-ssDNA在纳米金薄膜电极上的自组装、取向、表面覆盖率和杂交反应过程。探讨了SH-ssDNA的组装时间、浓度和链长对其自组装的影响,自组装15h时Ret最大,表面覆盖率最高；研究了SH-ssDNA的浓度、链长以及与互补DNA的杂交方式对杂交反应的影响,结果发现随着单链浓度的增加,杂交后Ret的变化值逐渐降低。通过对阻抗谱数据模拟和分析,表明SH-ssDNA以垂直竖立取向在金电极表面形成均匀致密单分子层,杂交效率与SH-ssDNA的覆盖率密切相关。用循环伏安法和计时库仑法研究了盐酸氯丙嗪(CPZ)和盐酸异丙嗪(PZ)与修饰在金薄膜电极表面的单链DNA (SH-ssDNA)和杂交后生成的双链DNA(dsDNA)的相互作用机理。实验结果表明CPZ和PZ与ssDNA作用方式为静电吸附,CPZ与dsDNA作用方式也为静电吸附,而PZ与dsDNA之间既有静电吸附也存在嵌插作用方式；并计算出电极表面扩散系数D,反应标准速率常数ks和电子转移系数α,与ssDNA、dsDNA的结合常数K和结合比；热力学和动力学参数表明CPZ与ssDNA和dsDNA结合能力无显着差异,PZ与ssDNA和dsDNA结合能力具有显着差异。借助2D NMR技术,分析了CPZ和PZ分子1H和13C的NMR归属,并优化了CPZ和PZ分子结构模型,结合量化计算结果,研究了吩噻嗪类药物结构差异对与DNA相互作用的影响。根据CPZ和PZ与DNA相互作用能力的差异,选取PZ作为DNA杂交电化学活性指示剂构建新型DNA生物传感器,检测DNA杂交过程。分析扫描速率、pH值、离子强度对盐酸异丙嗪在dsDNA/Au电极上电化学行为的影响；优化盐酸异丙嗪在dsDNA/Au上的富集条件。实验结果表明,盐酸异丙嗪在dsDNA/Au电极上良好的电化学特性,用作DNA生物传感器电活性指示剂,可识别ssDNA和dsDNA。基于PZ的DNA传感器对完全互补DNA序列表现出很好的灵敏性(检测限为3.8×10-10 mol L-1),并对一个碱基错配DNA序列和非互补DNA序列具有一定的选择性。