磁性微球固定dna的電化學生物傳感器的研究【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p><b>　　化學工程與工藝</b></p><p>　　磁性微球固定DNA的電化學生物傳感器的研究</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　磁性高分子微球(1)作為藥物載體，被注射到動物體內(nèi)，在外加磁場下，

2、通過納米粒子的導航，移向病變區(qū)，這就是磁性納米粒子在藥物中應用的基本原理．用磁性高分子微球作為藥物載體可以提高藥效，降低藥物對正常細胞的傷害，成為磁控導彈，這也是當今的熱門課題之一．</p><p>　　從生物樣品中提取核酸是分子生物學和臨床醫(yī)學等生命科學研究領域中的一項基本技術。核酸提取的傳統(tǒng)方法如酚-氯仿抽提法(2)，存在著有機溶劑毒性大、重復性勞動多、難以實現(xiàn)微型化、自動化操作等缺點。而近年來發(fā)展起來的以玻

3、璃粉(3)、離子交換樹脂(4 ，5)、硅膠(6)等為吸附材料的核酸固相萃取法，不僅可以避免使用毒性強的有機溶劑，而且能大幅度提高提取效率?；诠滔噍腿〖夹g的核酸純化微芯片已經(jīng)引起了人們的廣泛關注H'5J。磁性微粒作為一種新型的核酸固相萃取劑，借助于適當?shù)拇欧蛛x裝置，可以進一步簡化和加速核酸的分離與純化過程，實現(xiàn)核酸純化(7,8)處理的微型化、自動化和平行化。</p><p>　　隨著人類對疾病基因根源不斷

4、深入了解,對DNA堿基突變快速、便捷、準確的檢測方法的研究正越來越受到人們的重視?，F(xiàn)代醫(yī)學的研究表明：人類的許多遺傳疾病均與DNA堿基序列不同程度的變異有關，因此它在基因篩選、遺傳疾病的早期診斷和治療等方面也具有十分重要的意義，特定DNA序列的檢測已逐漸成為生命科學的一個重要課題。對DNA常見的分析方法有色譜法、分光光度法、熒光光度法、光散射技術及電化學法等，其中電化學方法是一個重要領域，有關報道較多。DNA的研究通常包括：對生物樣品中

5、DNA的含量進行測定，確定DNA結構和堿基對序列，研究環(huán)境中污染物質對DNA損傷機理，對PCR產(chǎn)物進行檢測，以及研究各種小分子和金屬配合物與DNA相互作用等等方面。因此對特定序列DNA的分析以及對DNA鏈中堿基突變的拎測在基聞篩選、法醫(yī)學攀定、遺傳疾病的早期診斷和治療、病原基因的測定方面具有十分深遠的意義。DNA生物傳感器技術作為一種行之有效的方法是一門集多種學科為一體的綜合性技術,如:生物、化學、醫(yī)學、物理、電子技術等。近些年來,各種

6、不同類型的DNA生物傳感器也被爭相報道。其中DNA電化學生物傳感器因其測試方法簡單、可靠、檢測</p><p>　　相關研究的最新成果及動態(tài)</p><p>　　DNA電化學生物傳感器的工作原理將ssD—NA作為敏感元件固定在固體電極表面，加入具有電活性的物質作為雜交指示劑，通過檢測修飾電極在待測溶液中電化學信號的變化，以確定靶DNA序列；或者將待測基因片段固定在電極表面，然后與溶液中的已

7、標定雜交指示劑的DNA探針進行雜交，來檢測待測基因序列．（10）</p><p>　　檢測痕量Hg2+的DNA電化學生物傳感器（11）</p><p>　　測定痕量汞的方法主要有等離子體電感耦合質譜法(ICP-MS)、陽極溶出伏安法、熒光探針法等. 這些方法或者需要昂貴的儀器, 較長的分析周期, 或者需要復雜的樣品預處理步驟. 和傳統(tǒng)的檢測方法相比, 基于電極表面分子構象變化的電化學生物傳

8、感器具有簡單、靈敏、快速、廉價等諸多優(yōu)點, 新型電化學生物傳感器的研究也日益受到重視. 本文利用自組裝方法構建了檢測Hg2+的DNA電化學生物傳感器, 通過電極表面DNA 分子和Hg2+作用造成的構象變化, 檢測溶液中的Hg2+濃度.首先, 在金電極表面組裝修飾有二茂鐵基團的富T序列DNA 探針, 汞與探針分子的T 堿基可形成T鄄Hg2+-T 發(fā)卡結構, 從而使DNA 構象發(fā)生改變,通過DNA 末端二茂鐵基團氧化還原電流的變化,實現(xiàn)了對

9、痕量Hg2+的快速檢測.</p><p>　　離子液體與納米材料協(xié)同電催化的新型電化學生物傳感器（12）</p><p>　　離子液體具有良好的離子導電性、較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性、寬的電位窗口和液態(tài)溫度范圍等特點，已被廣泛應用于電化學生物傳感器的研究。納米材料由于其量子尺寸效應和表面效應，可以有效地提高化學或生物傳感器的性能。該文主要就近年來基于納米材料和離子液體復合材料修飾的電化學生

10、物傳感器方面進行介紹并對該領域的發(fā)展作一展望。離子液體由于其優(yōu)異的性質在碳納米管技術中的應用逐漸引起了人們的關注。離子液體作為一種分散劑能夠分散碳納米管且不會發(fā)生團聚，因此，其在碳納米管的共價功能化、非共價功能化及制備聚合物復合材料中都有廣泛的應用。經(jīng)過離子液體修飾的碳納米管可以提高其穩(wěn)定性和兼容性，并能提高電化學反應的接觸面積，為碳納米管在傳感器中的應用創(chuàng)造了更多的機會。</p><p>　　基于樹狀高分子固定

11、DNA的電化學生物傳感器（13）</p><p>　　電化學氧化法使玻碳電極表面氧化生成羧基，利用偶聯(lián)活化試劑將1．0G樹狀高分子(PAMAM)固定在玻碳電極表面，并通過共價結合固定ssDNA。以亞甲基藍為指示劑，采用循環(huán)伏安法、示差脈沖伏安法等電化學方法對DNA電化學生物傳感器進行了表征。結果發(fā)現(xiàn)，通過亞甲基藍與雙鏈dsDNA作用的氧化還原電流的變化，可以識別和定量檢測溶液中互補的ssDNA片段。經(jīng)過條件優(yōu)化，

12、本法測定DNA的濃度線性范圍為2×10一9一2×10一7mol／L，檢出限為1×10一9mo]／L。，此方法既增加了DNA傳感器的穩(wěn)定性，又增加了修飾層上DNA探針的固定量，提高了傳感器檢測的靈敏度。</p><p>　　基于適體和生物條形碼放大技術多組分電化學生物傳感（14）</p><p>　　適體(Aptamer)也稱為核酸適體、適配體、適配子等，是一段

13、由25～80個堿基組成的單鏈寡核苷酸片段，可以是DNA也可以是RNA0,21。它是通過指數(shù)富集配體系統(tǒng)進化(SELEX)技術從人工構建的隨機單鏈寡核苷酸文庫里篩選出來，可以結合蛋白質、氨基酸、藥物或無機離子等目標分子。適體作為傳感器的分子識別物質與其它分子識別物質相比，具有高特異性、高親和力、目標分子范圍廣、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛用于生物傳感器的研究。在作為傳感面的金電極上固定兩種巰基修飾的探針DNA，它們分別與含有腺苷適體和凝血酶適體的

14、Linker DNA的一部分互補。然后探針DNA與各自對應的Linker DNA雜交，該Linker DNA已經(jīng)與金納米粒子表面的報告DNA進行了預雜交。金納米粒子表面固定了兩種不同的DNA，一種與Linker DNA互補，另外一種不互補，只是起到連接不同的金屬硫化物納米粒子的作用。當有腺苷和凝血酶分子存在的時候，適體部分發(fā)生彎曲包裹住各自的目標分子形成復雜結構，同時，連接有金屬硫化物納米粒子的金納米粒子就會從電極表面脫落，進入到溶液中

15、。對溶液中的金屬硫化物納米粒子采用ASV進行測定，腺苷和凝</p><p>　　脫氫酶電化學生物傳感器（15）</p><p>　　自然界中超過400種脫氫酶使用輔酶·煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)作為生物催化反應中氫和電子的傳遞體，因此煙酰胺型輔酶的電化學氧化對構筑此類脫氫酶電化學生物傳感器具有重要的意義。輔酶的電化學氧化可應用到脫氫酶

16、電化學生物傳感器的設計之中。由于NAD(P)+／NAD(P)H氧化還原對的標準氧化還原電位E0值較低，所以NAD(P)+／NAD(P)H的電化學再生與相關的脫氫酶結合，可用于構筑多種電化學生物傳感器，其基本工作原理如圖3所示。其中，還原型輔酶NAD(P)H在電子媒介體幫助下的電化學氧化是構筑此類傳感器的關鍵技術之一。如果能實現(xiàn)對反應體系中產(chǎn)生的NAD(P)H的快速檢測，再與相應的脫氫酶相結合，可實現(xiàn)對生化底物的有效分析。在輔酶電化學氧化

17、研究的基礎上，一些生物傳感系統(tǒng)已經(jīng)通過NAD(P)H電化學監(jiān)測系統(tǒng)與相應的脫氫酶相結合而發(fā)展起來。這些脫氫酶包括：GIDH FDH FALDH ADH LDH 等。在傳感器的構筑中使用了多種不同類型的電極材料，例如金電極、碳電極(包括碳糊電極、玻碳電極和石墨電極，但以碳糊電極居多)、絲網(wǎng)印刷電極等。</p><p>　　三、課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術路線）、難點及預期達到的目標</p>

18、<p><b>　　1、課題的研究內(nèi)容</b></p><p>　　DNA電化學生物傳感器是將近年來發(fā)展起來的一種生物傳感器，它利用DNA雜交的特異性，即雙鏈DNA相互雜交原理，而使溶液中的單鏈DNA與固化在電極表面的DNA配對，再用電活性物嵌入DNA雙鏈中，從而檢測其電化學信號。制成的特定序列的DNA電化學生物傳感器，具有靈敏度高等優(yōu)點，在生命科學領域中具有重要的作用。 <

19、/p><p>　　2、擬采取的研究方法、技術路線及研究難點：</p><p>　　2.1 磁性微球表面DNA的修飾；</p><p>　　2.2 雜交DNA在磁性微球表面的響應以及嵌入指示劑的選擇；</p><p>　　2.3 選擇優(yōu)化實驗條件，排除測定干擾因素；</p><p>　　2.4 建立一種新的測定特定序列DNA

20、的實驗方法。</p><p><b>　　研究難點：</b></p><p>　　磁性微球表面DNA的修飾及嵌入指示劑的選擇</p><p>　　四、論文詳細工作進度和安排</p><p>　　1、2010年2月10日—2010年2月25日：完成資料的檢索和整理及匯總。</p><p>　　2、2

21、010年3月1日—2010年3月6日：完成開題報告及答辯工作。</p><p>　　3、2010年3月10日—2010年5月20日：基本完成論文所需的實驗工作。</p><p>　　4、2010年5月21日—2010年5月30日：完成論文的寫作以及答辯工作。</p><p><b>　　五、主要參考文獻</b></p><p

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