新型电化学阻抗传感器用于端粒DNA与乳腺癌DNA的检测研究

发布时间：2018-04-02 10:52

本文选题：电化学阻抗传感器　切入点：人端粒DNA　出处：《延安大学》2016年硕士论文

【摘要】：癌症是人类如今无法抗衡的严重疾病之一,它对人类的健康和生命构成了极大威胁,全世界每年约有700万人患恶性肿瘤疾病,其中约三分之二死于癌症。随着医学科学技术的发展和进步,人类对各种疾病愈加熟悉,进而对其肆虐人类进行有效的控制。自从人类基因组计划的实施,人们从基因的水平去了解、认识疾病,使解读基因对人类生老病死有了新的突破。若能提高早期检测恶性肿瘤疾病诊断的方法,则可以使大约80%-90%的癌症患者得到确诊并且能在早期治疗。据世界卫生组织数据显示,癌症患者如果在病发前期发现,则其治愈率会明显上升。因此,早期肿瘤检测、诊断已成为科学工作者研究和突破的热门课题之一。双链、长链高分子聚合物DNA是遗传信息和传递信息的载体,是人类打开生命奥秘和防病治病的关键。电化学阻抗感器作为免疫检测和核酸检测的重要工具之一,有着广泛的应用前景。纳米材料(如金纳米、石墨烯、碳纳米管等材料)的出现为分析化学的发展和应用打开了新的领域。基于纳米材料的各种优点,纳米材料为人类各种疾病的诊断提供了新技术,使以前由于信号太弱或太低而得不到检测的被检测物,现在可以利用纳米材料所具有放大信号的功能,弥补以上的不足。以此不仅提高了电化学技术检测的灵敏度,而且扩大了纳米材料的应用范围,为分析化学开辟了新的领域。本论文研究目的主要是构建以纳米材料为电极修饰界面,应用新型DNA电化学阻抗传感器对人端粒DNA和乳腺癌DNA特定序列的定量分析、样品检测以及与完全互补碱基DNA链、三碱基错配DNA链、单碱基错配DNA链进行快速、灵敏和准确的识别测定。DNA电化学阻抗传感器利用物理吸附法和电化学沉积法将金纳米粒子、石墨烯、碳纳米管等纳米材料修饰到基体电极表面,使其作为电极修饰材料和DNA载体,既放大了基因检测信号,又提高了检测灵敏度;利用电化学交流阻抗技术,对所构建的非标记型DNA电化学阻抗传感器进行定量测定。以下为本文的主要研究内容:1.利用纳米金-nafion修饰金电极检测人端粒dna,构建电化学阻抗传感器。将纳米金与nafion混合超声得到纳米金-nafion纳米材料,将此纳米材料滴涂于金电极表面获得纳米金-nafion修饰电极。再将探针人端粒ssdna滴涂在修饰电极上制备电化学阻抗传感器。采用扫描显微镜(sem)对纳米材料的形貌进行了表征,同时利用循环伏安法和电化学阻抗法对传感器进行了表征及目标人端粒dna的定量测定。在最优化实验条件下,电化学阻抗传感器响应信号(?rt)与目标人端粒dna浓度的对数(lgc)在0.001~1.0nmol/l范围内呈良好线性关系。检出限为3.0pmol/l。通过对0.5nmol/l的目标人端粒dna7次平行测定,得出相对标准偏差rsd为3.5%。该传感器检测线性范围宽、灵敏高、无需标记,可用于dna的检测分析。2.以碳纳米管(multi-walledcarbonnanotubes-nafion)和纳米金(goldnanoparticles)为修饰剂修饰金电极表面,探究了人端粒dna的电化学行为。首先将multi-walledcarbonnanotubes分散在0.1%(w:w)nafion溶液中,并将所得溶液滴涂于金电极表面,再将goldnanoparticles电化学沉积到multi-walledcarbonnanotubes-nafion修饰电极表面,接着将探针人端粒dna固定在上述所制备好的goldnanoparticles/multi-walledcarbonnanotubes-nafion修饰电极表面,获得人端粒dna传感器。通过sem对goldnanoparticles/multi-walledcarbonnanotubes-nafion纳米材料形貌表征,说明multi-walledcarbonnanotubes-nafion和goldnanoparticles修饰成功。由循环伏安法和电化学阻抗法对dna传感器制备过程及目标人端粒dna表征和定量测定。实验对goldnanoparticles沉积时间、dna固定时间、杂交时间和杂交温度进行了优化。在确定实验条件下,将该传感器用于对人端粒dna的检测,结果是目标人端粒dna的线性范围:1.0×10-13~5.0×10-11mol/l,检出限(s/n=3)为2.5×10-14mol/l。以multi-walledcarbonnanotubes-nafion和goldnanoparticles为修饰剂,显著提高了dna的检测范围和灵敏度。3.构建以不同电化学探针铁氰化钾平衡电对(k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6])、亚甲基蓝(mb)和六氨合钌([ru(nh3)6]3+)分别检测乳腺癌dna的新方法。首先乳腺癌ssdna通过吸附作用固定于goldnanoparticles/multi-walledcarbonnanotubes-nafion修饰金电极表面,制备dna电化学传感器。采用循环伏安法(cv)、电化学阻抗法(EIS)和微分脉冲法(DPV),对DNA电化学阻抗传感器进行表征和定量分析。实验结果表明,在5 mmol/LK3[Fe(CN)6]-5 mmol/LK4[Fe(CN)6]平衡电对检测液中,乳腺癌DNA的线性范围是0.1 nmol/L?500.0 nmol/L,线性方程为??(??)=16.34logc(mol/L)+174.12,相关系数为0.9980,其检出限为0.03 nmol/L(S/N=3)。以20μmol/L亚甲基蓝为电化学探针检测液时,乳腺癌DNA的线性范围是1.0?500.0nmol/L,线性方程为??(??)=17.80logc(mol/L)+172.95,相关系数为0.9960,检出限为0.3 nmol/L(S/N=3)。利用50μmol/L六氨合钌电化学探针检测,乳腺癌DNA的线性范围是1.0?500.0 nmol/L,线性方程为??(??)=19.57 logc(mol/L)+196.48,相关系数为0.9960,检出限为0.3 nmol/L(S/N=3)。3种电化学探针中,利用铁氰化钾平衡电对探针检测乳腺癌DNA的检出限最低,线性范围最宽。灵敏度最好的是六氨合钌。4.利用Multi-walled carbon nanotubes-Nafion和Gold Nanoparticles修饰金电极构建了简单地、灵敏地检测乳腺癌DNA。首先将Multi-walled carbon nanotube分散于0.1%(w:w)Nafion溶液中,并将所得溶液滴涂在金电极表面,再将纳米金电化学沉积到Multi-walled carbon nanotube-Nafion修饰电极表面,探针乳腺癌DNA通过金电极与巯基的作用自组装于修饰电极表面制得DNA传感器。以六氨和钌为检测液用计时库仑法对DNA的负载量定量测定。实验对影响DNA传感器的影响条件进行选择。在优化实验条件下,将传感器用于乳腺癌DNA的检测,发现在0.001~5.0nmol/L范围目标乳腺癌DNA有线性,检出限(S/N=3)为0.3 pmol/L。采用Multi-walled carbon nanotubes-Nafion和Gold Nanoparticles为修饰剂,显著提高了乳腺癌DNA的测定范围和灵敏度。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;R737.9

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