磁性微球固定dna的電化學(xué)生物傳感器的研究【開題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p><b>　　化學(xué)工程與工藝</b></p><p>　　磁性微球固定DNA的電化學(xué)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(dòng)物體內(nèi)，在外加磁場下，

2、通過納米粒子的導(dǎo)航，移向病變區(qū)，這就是磁性納米粒子在藥物中應(yīng)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(duì)正常細(xì)胞的傷害，成為磁控導(dǎo)彈，這也是當(dāng)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(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等生命科學(xué)研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)基本技術(shù)。核酸提取的傳統(tǒng)方法如酚-氯仿抽提法(2)，存在著有機(jī)溶劑毒性大、重復(fù)性勞動(dòng)多、難以實(shí)現(xiàn)微型化、自動(dòng)化操作等缺點(diǎn)。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(qiáng)的有機(jī)溶劑，而且能大幅度提高提取效率?；诠滔噍腿〖夹g(shù)的核酸純化微芯片已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)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(dāng)?shù)拇欧蛛x裝置，可以進(jìn)一步簡化和加速核酸的分離與純化過程，實(shí)現(xiàn)核酸純化(7,8)處理的微型化、自動(dòng)化和平行化。</p><p>　　隨著人類對(duì)疾病基因根源不斷

4、深入了解,對(duì)DNA堿基突變快速、便捷、準(zhǔn)確的檢測方法的研究正越來越受到人們的重視。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)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(guān)，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(xué)的一個(gè)重要課題。對(duì)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(shù)及電化學(xué)法等，其中電化學(xué)方法是一個(gè)重要領(lǐng)域，有關(guān)報(bào)道較多。DNA的研究通常包括：對(duì)生物樣品中

5、DNA的含量進(jìn)行測定，確定DNA結(jié)構(gòu)和堿基對(duì)序列，研究環(huán)境中污染物質(zhì)對(duì)DNA損傷機(jī)理，對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)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(duì)特定序列DNA的分析以及對(duì)DNA鏈中堿基突變的拎測在基聞篩選、法醫(yī)學(xué)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(yuǎn)的意義。DNA生物傳感器技術(shù)作為一種行之有效的方法是一門集多種學(xué)科為一體的綜合性技術(shù),如:生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理、電子技術(shù)等。近些年來,各種

6、不同類型的DNA生物傳感器也被爭相報(bào)道。其中DNA電化學(xué)生物傳感器因其測試方法簡單、可靠、檢測</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)</p><p>　　DNA電化學(xué)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(zhì)作為雜交指示劑，通過檢測修飾電極在待測溶液中電化學(xué)信號(hào)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(biāo)定雜交指示劑的DNA探針進(jìn)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(xué)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(zhì)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(fù)雜的樣品預(yù)處理步驟. 和傳統(tǒng)的檢測方法相比, 基于電極表面分子構(gòu)象變化的電化學(xué)生物傳

8、感器具有簡單、靈敏、快速、廉價(jià)等諸多優(yōu)點(diǎn), 新型電化學(xué)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(gòu)建了檢測Hg2+的DNA電化學(xué)生物傳感器, 通過電極表面DNA 分子和Hg2+作用造成的構(gòu)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(tuán)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(jié)構(gòu), 從而使DNA 構(gòu)象發(fā)生改變,通過DNA 末端二茂鐵基團(tuán)氧化還原電流的變化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)

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(xué)生物傳感器（12）</p><p>　　離子液體具有良好的離子導(dǎo)電性、較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、寬的電位窗口和液態(tài)溫度范圍等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器的研究。納米材料由于其量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可以有效地提高化學(xué)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(fù)合材料修飾的電化學(xué)生

10、物傳感器方面進(jìn)行介紹并對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展作一展望。離子液體由于其優(yōu)異的性質(zhì)在碳納米管技術(shù)中的應(yīng)用逐漸引起了人們的關(guān)注。離子液體作為一種分散劑能夠分散碳納米管且不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，因此，其在碳納米管的共價(jià)功能化、非共價(jià)功能化及制備聚合物復(fù)合材料中都有廣泛的應(yīng)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(xué)反應(yīng)的接觸面積，為碳納米管在傳感器中的應(yīng)用創(chuàng)造了更多的機(jī)會(huì)。</p><p>　　基于樹狀高分子固定

11、DNA的電化學(xué)生物傳感器（13）</p><p>　　電化學(xué)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(jià)結(jié)合固定ssDNA。以亞甲基藍(lán)為指示劑，采用循環(huán)伏安法、示差脈沖伏安法等電化學(xué)方法對(duì)DNA電化學(xué)生物傳感器進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過亞甲基藍(lán)與雙鏈dsDNA作用的氧化還原電流的變化，可以識(shí)別和定量檢測溶液中互補(bǔ)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(shù)多組分電化學(xué)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(gè)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(jìn)化(SELEX)技術(shù)從人工構(gòu)建的隨機(jī)單鏈寡核苷酸文庫里篩選出來，可以結(jié)合蛋白質(zhì)、氨基酸、藥物或無機(jī)離子等目標(biāo)分子。適體作為傳感器的分子識(shí)別物質(zhì)與其它分子識(shí)別物質(zhì)相比，具有高特異性、高親和力、目標(biāo)分子范圍廣、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，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(bǔ)。然后探針DNA與各自對(duì)應(yīng)的Linker DNA雜交，該Linker DNA已經(jīng)與金納米粒子表面的報(bào)告DNA進(jìn)行了預(yù)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(bǔ)，另外一種不互補(bǔ)，只是起到連接不同的金屬硫化物納米粒子的作用。當(dāng)有腺苷和凝血酶分子存在的時(shí)候，適體部分發(fā)生彎曲包裹住各自的目標(biāo)分子形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時(shí)，連接有金屬硫化物納米粒子的金納米粒子就會(huì)從電極表面脫落，進(jìn)入到溶液中

15、。對(duì)溶液中的金屬硫化物納米粒子采用ASV進(jìn)行測定，腺苷和凝</p><p>　　脫氫酶電化學(xué)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(yīng)中氫和電子的傳遞體，因此煙酰胺型輔酶的電化學(xué)氧化對(duì)構(gòu)筑此類脫氫酶電化學(xué)生物傳感器具有重要的意義。輔酶的電化學(xué)氧化可應(yīng)用到脫氫酶

16、電化學(xué)生物傳感器的設(shè)計(jì)之中。由于NAD(P)+／NAD(P)H氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0值較低，所以NAD(P)+／NAD(P)H的電化學(xué)再生與相關(guān)的脫氫酶結(jié)合，可用于構(gòu)筑多種電化學(xué)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(xué)氧化是構(gòu)筑此類傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。如果能實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)體系中產(chǎn)生的NAD(P)H的快速檢測，再與相應(yīng)的脫氫酶相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生化底物的有效分析。在輔酶電化學(xué)氧化

17、研究的基礎(chǔ)上，一些生物傳感系統(tǒng)已經(jīng)通過NAD(P)H電化學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)與相應(yīng)的脫氫酶相結(jié)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(gòu)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(shù)路線）、難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p>

18、<p><b>　　1、課題的研究內(nèi)容</b></p><p>　　DNA電化學(xué)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(duì)，再用電活性物嵌入DNA雙鏈中，從而檢測其電化學(xué)信號(hào)。制成的特定序列的DNA電化學(xué)生物傳感器，具有靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在生命科學(xué)領(lǐng)域中具有重要的作用。 <

19、/p><p>　　2、擬采取的研究方法、技術(shù)路線及研究難點(diǎn)：</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(yīng)以及嵌入指示劑的選擇；</p><p>　　2.3 選擇優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法。</p><p><b>　　研究難點(diǎn)：</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(xì)工作進(jìn)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(bào)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(shí)驗(yàn)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(xiàn)</b></p><p

22、>　　【1】謝鋼等.磁性高分子微球[J].高分子通報(bào),2001,6:38-45.</p><p>　　【2】曹果清等.酚／氯仿抽提法提取綿羊凝血塊中基因組DNA[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009，37(34)：771-772. </p><p>　　【3】劉明,周洪等.玻璃粉料粒度對(duì)B．AI．Si/A1203性能的影響[J].電子元件與材料, 2010,29(9):54-57 <

23、;/p><p>　　【4】張燕等.離子交換樹脂法提取桔皮中果膠[J].食品研究與開發(fā),2003, 24(4) : 52-54.</p><p>　　【5】張秀英,胡志國.離子交換樹脂法制備氫氧化鎳和氧化鎳超細(xì)微粒[J].功能材料,2000,1: 109-110.</p><p>　　【6】賈波,金志華等.硅膠柱層析法分離普那霉素[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2008, 42(5

24、)4）: 895-899.</p><p>　　【7】 K.J.Flook, A.Woodruff, S.Rao and C.A.Pohl .New monolith technology for automated anion-exchange purification of nucleic acids[J].Journal of Chromatography B,2010, 878(14):933-941 .

25、</p><p>　　【8】Nathaniel C. Cady.Nucleic acid purificationusing microfabricated silicon structures[J]. Biosensors and Bioelectronics,2003,19(1):59-66 .</p><p>　　【9】黃強(qiáng),劉紅英,方賓.電化學(xué)DNA 生物傳感器研究的應(yīng)用進(jìn)展[J

26、].化學(xué)進(jìn)展,2009,21(5):456-461.</p><p>　　【10】張愛春，周存. DNA電化學(xué)生物傳感器的研究進(jìn)展[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ,2010,29(3):66-70.</p><p>　　【11】戈芳,曹瑞國等. 檢測痕量Hg2+的DNA電化學(xué)生物傳感器[J].物理化學(xué)學(xué) ,2010,26(7):1779-1783.</p><p>　　【

27、12】石瑞麗,陶菡等.離子液體與納米材料協(xié)同電催化的新型生物傳感器研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2010,38(9)：19-22 .</p><p>　　【13】時(shí)偉杰,艾仕云.基于樹狀高分子固定DNA的電化學(xué)生物傳感器的研究[J].分析化學(xué)研究報(bào)告,2008,36(3): 335-338.</p><p>　　【14】李雪梅,夏建平等.基于適體和生物條形碼放大技術(shù)多組分電化學(xué)生物傳感器的