一維導電聚苯胺納米陣列在DNA電化學傳感器中的應用.pdf

1、前言: DNA生物傳感器是以DNA作為敏感基元，對與其互補的靶標DNA進行檢測的方法--即利用單鏈DNA(ssDNA)之間的互補雜交關系進行檢測。DNA電化學傳感器具有檢測速度快、方法簡便、儀器性價比高等特點，因而最有希望成為大規(guī)模商業(yè)應用的傳感器。但是這些傳感器還存在選擇性不好、靈敏度不高，穩(wěn)定性不強等缺點。把納米技術與核酸檢測技術融為一體制備成新型的納米生物傳感器是解決電化學生物傳感器的缺點的一種有效的辦法。 導電聚

2、苯胺納米材料具有較高的電導率及良好的物理化學穩(wěn)定性使其在DNA電化學傳感器領域有著良好的應用前景。本文利用模板法和電化學自組裝法將一維導電聚苯胺納米陣列合成在石墨電極的表面。由于聚苯胺納米陣列修飾的石墨電極提供了較大的有效表面積，使其固化的單鏈DNA探針的數(shù)量得到了數(shù)量級的增加，同時由于聚苯胺納米陣列的排列的高度有序性，為DNA的雜交提供了優(yōu)良的動力學條件和微環(huán)境，因此DNA雜交的檢測靈敏度得到大幅的提高。 本文利用這兩種方法制

3、備了DNA電化學傳感器，并對其檢測特性進行了表征和評估。在優(yōu)化了實驗條件(雜交溫度、雜交時間、指示劑)后，考察了DNA電化學傳感器的檢測靈敏度。檢測結果顯示利用-維導電聚苯胺納米陣列制備的DNA電化學傳感器的檢測靈敏度可以達到1fmol/L，并在靶標寡核苷酸的不同濃度范圍內(nèi)具有良好的線性響應。 實驗材料與方法: 1、實驗材料 本實驗所需的寡核苷酸均購買自大連寶生物技術公司。本實驗采用的試劑其純度皆為分析純以上級，

4、沒有進一步純化。配置溶液的實驗用水為超純水機過濾的超純水。本實驗所用的石墨電極為自制電極，飽和銀-氯化銀電極、鉑片電極、鉑絲電極均購買自上海精密科學儀器有限公司。 2、一維導電聚苯胺納米陣列修飾的DNA電化學傳感器的制備 本實驗分別采用了氧化鋁模板法和電化學自組裝法在預處理過的石墨電極上合成一維導電聚苯胺納米陣列，并在聚苯胺納米纖維上共價固定了寡核苷酸探針，以此構成了DNA電化學傳感器。 3、DNA電化學傳感器的

5、電化學測試 首先，本實驗對電化學傳感器檢測時的雜交條件(雜交溫度和雜交時間)進行了系統(tǒng)的篩選。 然后，本實驗考察了兩種電化學雜交指示劑(道諾霉素和二茂鐵)對檢測靈敏度的影響。在研究中，利用循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法掃描來確定其峰電位。 最后，對兩種方法制備的DNA電化學傳感器分別進行重復性和穩(wěn)定性的檢試。 實驗結果: 1、一維導電聚苯胺納米陣列修飾的DNA電化學傳感器的制備 顯微形態(tài)學和電

6、化學表征的結果顯示利用兩種制備方法可以將一維導電聚苯胺納米陣列很好地整合在石墨電極的表面。熒光顯微鏡檢測的結果也證實了寡核苷酸探針在聚苯胺納米纖維上的固化。 2、雜交反應 實驗結果顯示雜交溫度為53.7℃和雜交時間為1小時的雜交條件是該傳感器的最適工作條件。 3、DNA電化學傳感器的電化學測試 對于模板法制備的DNA電化學傳感器，道諾霉素的峰電流與靶標寡核苷酸在7.557～755.7fmol/L的濃度范圍

7、內(nèi)顯現(xiàn)了良好的線性關系(R2=0.9817)，并給出了1fmol/L的檢測下限；對于電化學自組裝法制備的DNA的電化學傳感器，道諾霉素的峰電流與靶標寡核苷酸在0.7557～6.0456nmol/L的濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關系(R2=0.9858)，并得到了75.5pmol/L的檢測下限。而在利用二茂鐵作為指示劑的檢測中，二茂鐵的還原峰電流與靶標寡核苷酸的濃度在15.83nmol/L到126.64nmol/L范圍內(nèi)表現(xiàn)了良好的線性關系(

8、R2=0.9835)。 4、重復性測試實驗結果顯示 利用兩種方法制備的電化學傳感器在三次連續(xù)重復測量中顯示了良好的穩(wěn)定性。 討論和結論: 本實驗利用兩種不同方法制備了一維導電聚苯胺納米陣列結構—模板法和電化學自組裝法。形態(tài)學表征中兩種陣列都顯示了良好的均一性和定向排列特性，電化學表征也表明一維聚苯胺納米陣列修飾的石墨電極具有比裸石墨電極和聚苯胺膜修飾的石墨電極大得多的比表面積。這些都為我們進一步利用這種陣

9、列修飾石墨電極以及制備高靈敏度的DNA電化學傳感器提供了良好的基礎。由于聚苯胺納米陣列修飾的石墨電極提供了較大的有效表面積，使聚苯胺納米陣列中的每根聚苯胺納米線如同一個收集雜交信號的納米器件，同時由于聚苯胺納米陣列的排列的高度有序性，為DNA的雜交提供了優(yōu)良的動力學條件和微環(huán)境，因此DNA雜交的檢測靈敏度得到大幅的提高。這為進一步利用這種陣列修飾石墨電極而制備DNA電化學傳感器提供了良好的可行條件。 實驗結果表明電化學自組裝法制