脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)是构成生物体遗传功能、维持其生命的各种机能正常运行的基本单元,已成为生命科学及生物分析领域中的研究热点。功能核酸的发展及基于基因扩增的多种信号放大技术的利用,使得DNA在传感器领域展现了越来越显著的作用。电化学传感器由于具有成本低、响应快、选择性好和易于微型化等优点,近年来发展迅速。为了提高检测的灵敏度或更好地检测出物质的基因毒性,DNA常被用于构筑多种类型的电化学传感器。本论文针对DNA相关的电化学传感器研究的关键问题,即如何提高检测的灵敏度、如何检测物质对DNA产生的损伤等,使用不同的材料、不同的修饰方法和不同的测定体系构建了一系列新型的电化学生物传感器,并将其应用到毒性物质的分析中。采用各种电化学技术,如循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗法(EIS)、差分脉冲伏安法(DPV)等,以及扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)、紫外可见分光光度法(UV-vis)、X射线衍射(XRD)等技术详细研究了电化学传感器及其所用材料的结构、性质和检测性能。本论文的主要研究工作如下:(1)利用自组装法将Pb~(2+)依赖性脱氧核酶修饰到金电极上,结合杂交链反应(HCR)和酶催化加氧化还原反应的双重放大信号策略,构建了对Pb~(2+)超灵敏的新型DNA电化学生物传感器。文中利用CV和EIS表征了修饰到不同程度的电极的电学性质,探索了裂解时间和HCR时间等实验条件对Pb~(2+)测定的影响。并在适宜实验条件下,测得了传感器的线性范围(0.1-1000 nM)和检测限(0.01 nM)。与其它传感器相比,该传感器的线性范围较宽,检测限较低。将此传感器应用到实际水样中Pb~(2+)的检测,得到了可接受的加标回收率,证明了该传感器的实用性和准确性。(2)通过滴涂,将小牛胸腺dsDNA和聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(poly(diallyldimethylammonium chloride),PDDA)吸附到玻碳电极表面,结合SnO_2纳米粉(或WS_2微米粉)、HCl和H_2O_2混合体系构建了新型的DNA损伤电化学生物传感体系,并成功检测出了SnO_2纳米粉(或WS_2微米粉)的基因毒性。文中利用TEM和XRD表征了SnO_2纳米粉和WS_2微米粉的形貌与结构;以Co(NH_3)_6~(3+)和Ru(NH_3)_6~(2+)为电化学指示剂,利用CV和DPV记录了修饰电极浸入混合体系前后的电化学信号,并以浸泡前后的信号差别证实了dsDNA损伤的发生,另外考察了浸泡时间与溶液组分对dsDNA损伤的影响,揭示了损伤发生的原理,即SnO_2纳米粉(或WS_2微米粉)、HCl和H_2O_2混合体系中发生了类Fenton反应。另外,该生物传感器的构建为其它纳米材料基因毒性的检测提供了研究思路。(3)利用电化学方法将聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)和铂纳米粒子(Pt)修饰到玻碳电极上,从而显著增加了中药活性成分绿原酸的电化学信号,由此建立了新型的高灵敏测定绿原酸的电化学传感器,并研究了溶液中绿原酸与鲑鱼精DNA的相互作用。为了获得最大的检测灵敏度,探索了支持电解质的适宜酸度、扫描速度等实验条件。在适宜实验条件下,得到了比其它传感器更宽的线性范围(0.2-100μM)和更低的检测限(0.05μM)。然后将该传感器应用于双黄连注射液中绿原酸的含量测定,满意的加标回收率证明了该传感器的准确性和有效性。另外,将鲑鱼精DNA加入到绿原酸溶液中,用CV记录了加入前后的电化学信号,考察了结合时间对电化学信号的影响。结果表明:它们的结合作用主要发生在接触的前25 min里,结合模式主要是静电模式,结合数为3,结合常数为1.62×10~3 L mol~(-1),由此可知它们的结合力是非共价键,力量较小。至此,文中制备的传感器证明了绿原酸对DNA产生的影响。(4)通过滴涂将氧化石墨烯修饰到预处理过的电极表面上,从而大大增加了间苯三酚(m-THB)和对硝基苯酚(p-NP)的氧化电流,以此构建了可同时测定m-THB和p-NP的电化学传感器,并将其应用到实际水样中m-THB和p-NP的测定,最后研究了溶液中m-THB、p-NP与DNA的相互作用。文中分别利用TEM、FTIR和CV,表征了氧化石墨烯的形貌、结构及其对电极表面电化学性质的影响。考察了支持电解质、酸度和扫速等条件对测定结果的影响。利用DPV,实现了m-THB和p-NP的单独测定及其同时测定。最后将鲱鱼精DNA加入到m-THB、p-NP的溶液中,利用紫外可见吸收与电化学两种方法研究了它们的相互作用,结果表明,这两种酚类物质均以嵌插为主的模式与DNA结合,且结合数都为1,结合常数m-THB为1.58×10~5 L mol~(-1),p-NP为1.66×10~6 L mol~(-1),均比绿原酸大很多,说明嵌插模式比静电模式结合的更牢固。该传感器得到的这些实验结果可为两种酚类的毒理解释以及寻找合适的解毒剂提供了有用的参考信息。(5)利用DPV记录了三种不同的支持电解质:磷酸盐缓冲溶液(PBS)、Tris-HCl和醋酸盐缓冲溶液(ABS)中DNA四种碱基(鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)的电化学信号,结果发现,只有在ABS中,可以同时得到四种碱基的氧化信号,由此,构建了裸玻碳电极上同时测定DNA四种碱基的电化学传感体系。并将此传感体系应用到实际样品小牛胸腺DNA和鲑鱼精DNA的碱基检测中,获得了令人满意的实验结果。这种新型传感体系的建立可为DNA其它方向的研究提供更简单方便的检验方法。上述几种基于DNA的电化学传感器的建立,为毒性物质的测定或基因毒性的分析提供了新颖的研究思路,也为相似物质的检测提供了灵敏度高、选择性好的研究平台。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.1;TP212.3
【部分图文】：
1 绪论ctionIntroduction）核糖核酸(Deoxyribonucleic acid，DNA)是一种具有双链，可组成遗传指令，引导生物发育和生命机能的运作。示，它是由一对碱基互补的双螺旋结构的 Watson-Crick 对的碱基为鸟嘌呤（Guanine, G）配胞嘧啶（Cytosine, Cenine,A）配胸腺嘧啶（Thymine, T）。
博士学位论文们将在电极表面杂交形成，这一过程中必须控制合适的杂交条件。指示，即如何将杂交信息转化为可测定的电化学信号，可以选择合适示剂，也可以利用 DNA 本身的电化学活性。四是电化学信号的检测、电压或电阻作为检测信号，利用这些电信号在杂交前后的变化就可目标 DNA 的序列及含量等。
博士学位论文链断裂（SSB），N-糖苷键断裂会释放出一个碱基错配（MM）来源于 DNA 损伤事件和/或不精受紫外线（UV light）引起化学改变的碱基位点（OX，与上面相同的位点和嘌呤的 C8）和烷基的 N7 是最易反应的位点）以及容易脱胺（D烷基化，鸟嘌呤的 O-烷基化和胞嘧啶 4 号位或图中的嘧啶和嘌呤环），会导致严重的生物学影atson-Crick 氢键系统。图中还展示了作为庞大子，环丁烷嘧啶二聚体（紫外线损伤 DNA 的鸟嘌呤的癌症治疗药物顺铂。
【参考文献】
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本文编号：
2839007
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