基于多种信号放大技术及DNAzyme纳米机器的电化学生物传感器研究
发布时间：2021-01-07 16:51
电化学生物传感器作为一种分析和诊断的工具,可以将识别元件与分析物之间的特异性相互作用转换成易于处理的电信号,实现对分析物的定量检测。因具有操作简单、响应速度快、成本低、微型化等优点而被广泛应用于疾病诊断、药物发现、食品分析和环境监测等领域。近年来,随着DNA纳米技术的发展,将新型DNA纳米机器和诸多信号放大策略集成到电化学生物传感器的开发研究中对其灵敏度、特异性等性能的优化提升具有重要意义。立足于搭建更为灵敏、准确的检测平台,本论文设计组装了不同的DNA功能结构,并结合信号放大策略,提出了几种电化学生物传感新方法。具体工作如下:1.基于高效的目标物循环放大策略及网状Y形DNA结构构建电化学生物传感器的研究目标物循环放大策略可以显著提高生物传感器的灵敏度,但此策略往往存在循环产物浪费的缺陷。为克服该问题,我们在构建传感器时提出了一种高效的目标物循环放大策略,将所有循环产物充分用于网状Y-DNA的组装。同时,网状Y-DNA可调节四氧化三铁（Fe3O4）对亚甲基蓝（MB）的电催化作用,从而实现对目标DNA（与口腔肿瘤相关）的灵敏检测。具体来说,在限...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学生物传感器原理示意图
第1章绪论1第1章绪论1.1电化学生物传感器1.1.1电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是一种独立的集成设备，主要包括三个集成元件：(a)与被分析物特异性交互的生物识别元件，如抗体、抗体片段、蛋白、凝集素、酶、受体、细胞、肽、肽核酸、适配体和DNA等；(b)信号转换器，从分析物-生物分子特异性相互作用产生可测量的信号；(c)数据分析处理系统(图1.1)。其工作原理是将分析物与生物识别元件间的特异性作用转化为可检测的电流、电位、累积电荷或阻抗的变化，从而对分析物进行定量或半定量分析[1-5]。图1.1电化学生物传感器原理示意图。Figure1.1Schemeoftheprinciplefortheelectrochemicalbiosensor.1.1.2电化学生物传感器的检测应用电化学生物传感器组装简单、成本效益高、易于微型化，具有实现快速、灵敏、精确和低成本检测分析物的潜力。其应用广泛，包括遗传疾病和癌症早期诊断、环境监测、水管理和食品质量控制、土壤质量监测等多个领域。从本论文的研究出发，以下主要介绍电化学生物传感器在核酸、重金属离子检测方面的应用[6]。图1.2电化学生物传感器在多领域的应用。Figure1.2Applicationoftheelectrochemicalbiosensorindifferentareas.
临床医学中具有重要意义。通过核酸检测可以快速、特异地识别引起传染病的病原体。并且，序列分析可收集到有关癌症和其他疾病的分子水平信息。然而，这是一个具有挑战性的领域，因为核酸在临床样本中通常以低水平存在，并且需要非常高的特异性来区分特定序列和相关分子。PCR是当前的黄金核酸分析标准，可检测单核苷酸特异性。但PCR检测耗时，需要熟练的技术员操作。因此，具有更高的敏感性和特异性以及易用性的先进电化学传感平台被寄予厚望。近来已构建了很多电化学生物传感器用于DNA和MicroRNAs(miRNAs)检测[7-11]。图1.3一步无标记电化学DNA检测原理图。Figure1.3Schematicillustrationofone-stepandlabel-freeelectrochemicalDNAdetection.DNA检测：电化学生物传感器检测DNA在基因组学、疾病诊断、细菌和病毒检测等许多研究领域发挥着核心作用。例如，针对沙眼衣原体的靶向DNA，Park等人开发了一种基于分子信标(MB)探针的一步无标记的电化学检测方法(图1.3)。在没有目标DNA的情况下，MB探针与Pb2+相互作用后形成了分子内茎环发夹结构，限制了Pb2+在电极表面的自由扩散，导致电化学信号较低。与此相反，目标DNA的存在与MB探针形成杂化复合体，打破了MB探针的分子内茎环结构，释放Pb2+，使其自由扩散到电极表面，产生高电化学信号。利用该方法，成功地对传播性疾病的主要病原体之一沙眼衣原体的目标DNA进行了检测[12]。而Chen等人则利用探针延长技术研制电化学生物传感器检测人血清基因组DNA[13]，基因组DNA存在时，分别标记巯基和生物素的两条较短DNA双链(CP-AP1、SP-AP2)经连接酶链式反应(LCR)可整合为一个较长的DNA双链；借助热循环，探针延长持续进行，整合集成的DNA双链数目迅速扩增；这些集成的双链进一步固载在牛血清白蛋
本文编号：2962898
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
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电化学生物传感器原理示意图
第1章绪论1第1章绪论1.1电化学生物传感器1.1.1电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是一种独立的集成设备，主要包括三个集成元件：(a)与被分析物特异性交互的生物识别元件，如抗体、抗体片段、蛋白、凝集素、酶、受体、细胞、肽、肽核酸、适配体和DNA等；(b)信号转换器，从分析物-生物分子特异性相互作用产生可测量的信号；(c)数据分析处理系统(图1.1)。其工作原理是将分析物与生物识别元件间的特异性作用转化为可检测的电流、电位、累积电荷或阻抗的变化，从而对分析物进行定量或半定量分析[1-5]。图1.1电化学生物传感器原理示意图。Figure1.1Schemeoftheprinciplefortheelectrochemicalbiosensor.1.1.2电化学生物传感器的检测应用电化学生物传感器组装简单、成本效益高、易于微型化，具有实现快速、灵敏、精确和低成本检测分析物的潜力。其应用广泛，包括遗传疾病和癌症早期诊断、环境监测、水管理和食品质量控制、土壤质量监测等多个领域。从本论文的研究出发，以下主要介绍电化学生物传感器在核酸、重金属离子检测方面的应用[6]。图1.2电化学生物传感器在多领域的应用。Figure1.2Applicationoftheelectrochemicalbiosensorindifferentareas.
临床医学中具有重要意义。通过核酸检测可以快速、特异地识别引起传染病的病原体。并且，序列分析可收集到有关癌症和其他疾病的分子水平信息。然而，这是一个具有挑战性的领域，因为核酸在临床样本中通常以低水平存在，并且需要非常高的特异性来区分特定序列和相关分子。PCR是当前的黄金核酸分析标准，可检测单核苷酸特异性。但PCR检测耗时，需要熟练的技术员操作。因此，具有更高的敏感性和特异性以及易用性的先进电化学传感平台被寄予厚望。近来已构建了很多电化学生物传感器用于DNA和MicroRNAs(miRNAs)检测[7-11]。图1.3一步无标记电化学DNA检测原理图。Figure1.3Schematicillustrationofone-stepandlabel-freeelectrochemicalDNAdetection.DNA检测：电化学生物传感器检测DNA在基因组学、疾病诊断、细菌和病毒检测等许多研究领域发挥着核心作用。例如，针对沙眼衣原体的靶向DNA，Park等人开发了一种基于分子信标(MB)探针的一步无标记的电化学检测方法(图1.3)。在没有目标DNA的情况下，MB探针与Pb2+相互作用后形成了分子内茎环发夹结构，限制了Pb2+在电极表面的自由扩散，导致电化学信号较低。与此相反，目标DNA的存在与MB探针形成杂化复合体，打破了MB探针的分子内茎环结构，释放Pb2+，使其自由扩散到电极表面，产生高电化学信号。利用该方法，成功地对传播性疾病的主要病原体之一沙眼衣原体的目标DNA进行了检测[12]。而Chen等人则利用探针延长技术研制电化学生物传感器检测人血清基因组DNA[13]，基因组DNA存在时，分别标记巯基和生物素的两条较短DNA双链(CP-AP1、SP-AP2)经连接酶链式反应(LCR)可整合为一个较长的DNA双链；借助热循环，探针延长持续进行，整合集成的DNA双链数目迅速扩增；这些集成的双链进一步固载在牛血清白蛋
本文编号：2962898
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