基于鸟嘌呤损伤的新型抗氧剂电化学生物传感器

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DNA (脱氧核糖核酸),是绝大多数生物遗传信息的基础,在生物细胞中起着至关重要的作用。DNA主要由鸟嘌呤(G)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四种碱基构成。虽然DNA具有相对的稳定性,但是在生物体的整个成长过程中,易受到各种环境压力的影响而受损伤(如某些物理或化学因素的影响),从而导致癌症和畸变的产生。DNA的损伤形式有多种,主要包括链的断裂、碱基对的释放、碱基对错配与丢失以及形成碱基加合物等多种形式。鸟嘌呤是四个碱基中最容易被氧化损伤的,因为它的氧化电位最低并且与过渡金属离子的结合能力很强,其氧化产物8-羟基鸟嘌呤的化学性质非常稳定,是DNA氧化损伤的重要生物标志物。因此,研究活性氧(ROS)所致鸟嘌呤氧化损伤以及抗氧剂清除活性氧的作用机理能够让我们更好地了解DNA的氧化损伤及抗氧机理,对于了解生物体的基本代谢过程以及人体疾病的防控具有十分重要的意义。本文通过恒电位沉积法、滴涂法对玻碳电极(GCE)表面进行修饰,构建了两种用于研究鸟嘌呤损伤及抗氧剂抗氧化活性的新型电化学生物传感器,以鸟嘌呤自身的电化学信号变化为指示信号,直接检测鸟嘌呤的损伤情况及六种抗氧剂的抗氧化活性。研究内容如下:1.以鸟嘌呤为修饰剂,通过恒电位沉积技术制作了鸟嘌呤修饰电极(G/GCE)。以获得鸟嘌呤的最大响应电流为目的,研究了影响鸟嘌呤修饰电极的制备因素,采用方波伏安法(SWV)考察了检测液pH值、鸟嘌呤用量、活化时间以及电位沉积时间对鸟嘌呤氧化峰电流的影响。实验结果表明4mg/L鸟嘌呤在pH=3.3的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的氧化峰电流最大。2.采用恒电位沉积技术将鸟嘌呤沉积于活化后的玻碳电极(GCE)表面,制备了基于鸟嘌呤损伤的抗氧剂电化学生物传感器。将修饰电极浸入到LiFePO4/HCl/K2S2O8体系中,LiFePO4首先与HCl反应产生Fe2+,Fe2+进一步与S2O82-反应产生硫酸根自由基(SO4-),最后SO4-进攻修饰在玻碳电极上的鸟嘌呤,并氧化损伤鸟嘌呤。通过方波伏安法直接检测鸟嘌呤损伤前后电化学信号的变化来研究鸟嘌呤的损伤程度及四种抗氧剂(抗坏血酸、白藜芦醇、焦性没食子酸、香草酸)的抗氧化活性。实验结果表明:SO4-的确能够氧化损伤鸟嘌呤,当加入四种不同的抗氧剂时,它们都各自表现出不同的抗氧化活性,其顺序为:抗坏血酸>白藜芦醇>香草酸>焦性没食子酸。该生物传感器具有良好的重现性和稳定性。3.采用恒电位沉积法将鸟嘌呤沉积于活化后的玻碳电极(GCE)表面,然后在鸟嘌呤修饰电极外层,依次滴涂用聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)分散的Fe@Fe2O3核壳纳米项链、葡萄糖氧化酶(GOX),构建了用于鸟嘌呤损伤及抗氧剂抗氧化活性研究的电化学生物传感器。将修饰电极浸入到葡萄糖溶液中,葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,与溶解O2反应生成H2O2,生成的H2O2与在微酸性条件下由Fe@Fe2O3核壳纳米项链释放出来的Fe2+进一步反应产生羟基自由基(·OH)并原位氧化损伤膜内的鸟嘌呤。当向损伤体系中分别加入五种抗氧剂(抗坏血酸、白藜芦醇、焦性没食子酸、咖啡酸、香豆酸)时,膜内鸟嘌呤的损伤程度明显降低。试验以鸟嘌呤自身的方波伏安电流变化为指示信号,研究了鸟嘌呤的损伤程度及五种抗氧剂清除·OH的能力。同时比较了五种抗氧剂的抗氧化活性以及它们各自的浓度与鸟嘌呤氧化信号的线性关系。研究表明五种抗氧剂均能有效的清除膜内产生的·OH,抑制鸟嘌呤的损伤。在一定的抗氧剂浓度范围内,鸟嘌呤的氧化峰电流呈现良好的线性关系。该传感器具有良好的重现性和稳定性,在快速评价抗氧剂清除自由基的能力方面具有重要的意义。
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