基于电化学检测技术的DNA分子逻辑门的构建及其应用研究
本文关键词：基于电化学检测技术的DNA分子逻辑门的构建及其应用研究
更多相关文章： 电化学 DNA分子逻辑门 生物传感器 食源性致病菌 半加器
【摘要】：著名的《Nature Biotechnology》杂志曾在2000年评论说“电化学DNA分析时代到来了”。电化学方法不仅简便、快速、低耗,灵敏,而且其装置轻便、便于携带,被认为是在成本、时效等有较高要求的场合实现生物传感器检测的首选方法之一。目前分析检测工作越来越多的面对多目标物的实时、在线分析检测,而在多目标物同时分析检测方面,尤其是建立智能化、自动化的分析检测系统方面,分子逻辑门无疑扮演着重要的角色,构建分子逻辑门也是设计分子计算机的先决条件,而构建DNA计算机是人类的梦想之一。本论文将电化学方法与DNA分子逻辑门技术相结合,实现了对多种食源性致病菌特征DNA的同时分析检测,还初步研究了构建具有基本逻辑运算功能的DNA分子逻辑门体系(DNA半加器),为DNA计算机的研究和发展做一些基础性的探索和铺垫工作。本论文主要研究内容如下：(1)基于DNA诱导生成AgNCs(银纳米簇)的NOR型逻辑门用于多目标DNA的同时检测；本实验以DNA为模板诱导生成AgNCs,以大肠杆菌(E.coli) DNA和沙门氏菌(Sal) DNA作为输入,Ag+电化学信号作为输出构建一个NOR型逻辑门,达到同时检测E.coli DNA和Sal DNA的目的。检测Sal DNA所得结果：在5.0×10-8～8.5×10-7mol·L-1检测范围内,其线性方程为Ip=-1.5×10-4(CSal/mol·L-1)+0.48,相关系数R=0.9956,检测限(S/N=3)为3.3×10-8mo1·L-1;检测E.coliDNA所得结果：在5.0×10-8～8.5×10-7mol·L-1)检测范围内,其线性方程为Ip=-1.1×10-4(CE.coli/mol·L-1)+0.54,相关系数R=0.9932,检测限(S/N=3)为2.1×10-8mol·L-1。(2)以GO/AuNPs(氧化石墨烯／金纳米粒子)纳米复合材料为基底构建IDB和OR型逻辑门；本实验采用滴涂法和电沉积法制备了氧化石墨烯／金纳米粒子(GO/AuNPs)复合膜纳米阵列电极。以GO/AuNPs复合膜修饰玻碳电极为工作电极,以志贺氏菌(Shi)DNA和沙门氏菌(Sal) DNA作为输入,Fc的电流信号作为输出,分别构建了IDB型和OR型DNA分子逻辑门。其检测Sal DNA所得结果：在1.0×10-12～1.O×10-7mol·L-1范围内有良好的线性关系,其线性方程为Ip=-0.0241og(CSal/mol·L-1)+0.39,相关系数R=0.9993,检测限(S/N=3)为6.5×10-13mol·L-1。这两种逻辑门都达到了同时快速检测志贺氏菌DNA和沙门氏菌DNA的目的。(3)借助DNA四面体纳米结构自组装探针构建NOR型逻辑门：本实验选择四条自相互补的DNA单链,形成刚性和稳定的四面体DNA纳米结构自组装到金电极表面,通过对四面体一臂DNA的刺激(加入目标DNA),改变DNA四面体的构型。以志贺氏菌(shi) DNA和大肠杆菌(E.coli) DNA作为输入,Fc的电流信号作为输出,构建NOR型逻辑门达到同时检测Shi DNA和E.coli DNA的目的。检测Shi DNA所得结果：在5.0×10-9～7.5×10-7mol·L-1检测范围内,其线性方程为Ip=-0.24log(CShi/mol·L-1)+3.12,相关系数R=0.9928,检测限(S/N=3)为2.1×10-9mol·L-1;检测E.coli DNA所得结果：在3.0×10-10～1.5×10-7mol·L-1检测范围内,其线性方程为Ip=-0.281og(CE.coli/mol·L-1)+3.8,相关系数R=0.9978,检测限(S/N=3)为6.1×10-11mol·L-1。(4)DNA半加器的构建及对两种病原菌DNA的同时检测；本实验以GO/AuNPs复合膜修饰玻碳电极为工作电极,探针DNA分别标记有两种电化学活性指示剂(Fc,MB),在同一检测体系,同时检测两种指示剂的信号变化,以大肠杆菌(E.coli) DNA和沙门氏菌(Sal) DNA作为输入,分别以△IMB+△IFc和|△IMB/△IFc|为不同的输出,构建了AND和XOR型逻辑门,而这两种逻辑门的组合刚好构建了半加器。为放大电化学响应,以目标DNA浓度C对∑|△I|作线性曲线。检测E.coli DNA所得结果：在1.0×10-13～1.0×10-8mol·L-1检测范围内,其线性方程为(|△IFc|+|△IMB|)=2.171og(CE.coli/mol·L-1)+32.03,相关系数R--0.9931,检测限(S/N=3)为3.2×10-14 mol·L-1;检测Sal DNA所得结果：在1.0×10-13～1.0×10-8 mol·L-1检测范围内,其线性方程为(|△IFc|+|△IMB|)=2.49log(CSal/mol·L-1)+34.14,相关系数R=0.9967,检测限(S/N=3)为1.7×10~(-14)mol-L~(-1)。
【关键词】：电化学 DNA分子逻辑门 生物传感器 食源性致病菌 半加器
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1
【目录】：
- 摘要3-5
- Abstract5-10
- 主要符号表10
- 电化学测试技术10-11
- 第一章 绪论11-27
- 1.1 DNA分子结构及其在传感器中的应用11-14
- 1.2 DNA分子逻辑门与逻辑计算14-21
- 1.3 食源性致病菌及其检测21-24
- 1.4 本论文的研究思路24-27
- 第二章 基于DNA诱导生成AgNCs的NOR型逻辑门用于多目标DNA的同时检测27-39
- 2.1 引言27-28
- 2.2 实验部分28-32
- 2.3 结果与讨论32-38
- 2.4 本章小结38-39
- 第三章 以GO/AuNPs纳米复合材料为基底构建ID B和OR型逻辑门39-53
- 3.1 引言39-40
- 3.2 实验部分40-43
- 3.3 结果与讨论43-52
- 3.4 本章小结52-53
- 第四章 借助DNA四面体纳米结构自组装探针构建NOR型逻辑门53-67
- 4.1 引言53-54
- 4.2 实验部分54-58
- 4.3 结果与讨论58-65
- 4.4 本章小结65-67
- 第五章 DNA半加器的构建及对两种病原菌DNA的同时检测67-81
- 5.1 引言67-68
- 5.2 实验部分68-71
- 5.3 结果与讨论71-79
- 5.4 本章小结79-81
- 第六章 结论81-83
- 参考文献83-92
- 致谢92-93
- 个人简介93
- 论文发表情况93
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，本文编号：541785
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