应用于中药材基因鉴别和重金属检测的新型电化学传感方法的研究

发布时间：2020-09-27 09:58

　　生物传感器是一种可以将生物反应转化为电信号的集分子生物学,物理学,化学,计算机科学等多学科为一体的分析装置,它具有灵敏度高,选择性好,操作简便并且可重复使用等优点。电化学方法和电致化学发光方法也同样具有很多优点,比如较高的灵敏度、操作起来简单方便等。本论文将生物传感器和电化学、电致化学发光这两种方法结合起来,通过合成纳米材料、制备生物识别探针,再基于脱氧核糖核酸(DNA)杂交链式反应、主客体识别作用、金硫键(Au-S)自组装技术等,设计了两种新型的电化学生物传感器,内容如下:(1)基于双发夹DNA探针和DNA杂交链式反应构建的无修饰电化学DNA均相传感器。在本章中,使用双发夹DNA探针,再结合金硫键自组装作用基于DNA杂交链式反应构建了一款无修饰的电化学DNA传感器。在这款传感器中,将双发夹DNA探针的3′端修饰电化学活性基团二茂铁(Fc),5′端修饰巯基,当探针DNA不和目标DNA发生杂交反应时,在应用电势的作用下,探针DNA的环状结构使得巯基远离金电极表面;而当探针DNA和目标DNA发生杂交反应时,探针DNA的茎环结构打开,使得巯基能够接触到金电极表面,从而发生Au-S自组装反应,并形成发夹DNA结构。通过电化学活性物质Fc灵敏的电化学信号的变化来进行目标定量检测,线性范围为6.4×10~-1212 mol/L-6.4×10~-99 mol/L,检测限低至3.4 pmol/L,并且在单碱基错配的情况下,也能保持高特异性检测。(2)基于发夹DNA和主客体识别作用构建的电化学发光传感器对于中药材丹参中汞离子的检测。使用联吡啶钌(Ru(bpy)_3~(2+))/β-环糊精-金纳米粒子(β-CD-AuNPs)/全氟磺酸(Nafion)复合物和二茂铁标记(Fc)的DNA探针(Fc-DNA)构建了电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)生物传感器用于检测中药材丹参中的汞离子。该传感器由两部分组成,一部分是ECL发光基底,另一部分是ECL强度开关,将Ru(bpy)_3~(2+)/β-CD-AuNPs/Nafion组装到玻碳电极(GCE)上构成发光基底,产生稳定的ECL信号;ECL强度开关是经过分子识别策略设计而成的Fc-DNA探针,通过利用β-CD与Fc之间的主客体识别作用使得Fc-DNA探针与β-CD-AuNPs两者相连。该检测方法和以往的汞离子检测方法相比,具有背景信号低、良好的特异性选择、仪器设备简单、操作起来方便快速等特点。该“Off-On”电致化学发光生物传感器在0.04-800 ng/mL范围内对Hg~(2+)具有良好的线性响应,检测限为0.02 ng/mL(S/N=3)。
【学位单位】：江西中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.1;TP212.2;R284
【部分图文】：

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图 1 生物传感器原理图Fig1 Principle diagram of biosensor分类可以从以下两个方面：一方面是生物识器件（如图 2 所示）。具有分子识别能力，能与待测物质发生物、抗体、核酸、细胞、组织或受体等质的属性可将传感器分为：酶传感器[8] 传感器[11]、细胞传感器[12]、组织传感器可以分为：电化学生物传感器[14]、半导生物传感器[17]和声波生物传感器[18]等。作为基础的的生物传感器，是将生物活

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图 2 生物传感器的分类图Fig2 Classification chart of biosensor感元件的固定化方法感器中，生物敏感材料是十分重要的，因为它决定了生物在生物传感器的构建中，生物敏感元件的固定化方法直接高低。为了构建灵敏度高、选择性好、使用寿命长的生生物敏感材料结合牢固，并且有很强的稳定性，可以重复要求，目前常见的固定化方法大致可以分为以下几种：吸、共价法、分子自组装技术等。在非水溶性载体上，利用载体与生物活性物质之间的范德吸附力使生物材料固定的方法。常用的载体有活性炭、高

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图 3 吸附法示意图hematic diagram of adsorption me材料固定在高分子聚合物微孔中胺、聚氯乙烯、光敏树脂、尼龙原、琼脂等，前者包埋成格子型胶包埋法、微胶囊包埋法、纤维饰，不容易影响对生物分子的活的缺点是在膜中，分子量较大的

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