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随着人们对基因结构与基因功能研究的不断深入,DNA的相关研究也取得了快速进展。对特定序列的DNA进行简单、准确、快速的检测在疾病诊断、基因测试、环境监测等领域有着重要的作用。生物传感技术在DNA研究中意义重大,其中基于DNA杂交原理,通过检测杂交前后电化学信号的变化构建起来的电化学DNA生物传感器,因其具有制备简单、价格低廉、携带方便、灵敏度高、选择性好、易于实现微型化等优点成为一类具有重要研究价值的传感器。目前,运用电化学方法检测特定序列的DNA也成为当今生物学、医学等领域研究的前沿课题。纳米材料因具有体积小、比表面积大、生物相容性好等优点而被广泛用于生物传感器的研究中,尤其在DNA生物传感器的制备中,纳米材料的使用提高了传感器检测的灵敏度。基于纳米材料独特的物理和化学性质,本文利用金纳米粒子构建了两种性能优异的电化学DNA生物传感器,实现了对目标DNA的高灵敏度检测。本论文由以下三章组成：第一章绪论本章首先介绍了DNA生物传感器的发展历程、原理和分类,其中着重介绍了电化学DNA传感器研究进展,叙述了电化学DNA传感器在环境污染监控、基因检测、疾病诊断等方面的应用,并对其今后的发展趋势进行了展望；其次介绍了纳米材料在DNA生物传感器中的应用；最后阐述了本论文的选题背景、研究思路、研究内容及研究意义。第二章基于纳米金信号放大库仑法检测目标DNA高灵敏度生物传感器的研究本章基于金纳米粒子信号放大的方法建立了一种高灵敏度、选择性好的电化学DNA生物传感器。本实验是将5’端修饰有巯基“茎-环”状结构的DNA通过Au-S键自组装方法固定到金电极的表面,并用11-巯基烷硫醇(11-mercapto-1-undecanol)对其表面进行封闭,阻止溶液中[Fe(CN)6]3-/4-向电极表面传递电子；当引入目标DNA后,目标DNA与探针单链DNA环状部分互补,发卡结构被打开；打开后的探针DNA茎状部分与报告探针-纳米金复合物(reporter DNA-AuNPs)互补；最后将修饰reporter DNA-AuNPs/target DNA/C11H24OS/CPDNA/Au的电极浸泡在长大溶液(HAUCI4/H2O2)中,使金纳米粒子长大,在电极表面形成导电膜,提高电子在电极表面的传输能力,起到信号放大作用。本实验通过库仑法检测目标DNA的浓度,实验证明：电解电量与目标DNA的浓度在3fM～1.0pM范围内呈良好的线性关系,检出限为1.0fM(S/N=3)；并且该传感器能够有效的区分单碱基错配序列和完全不匹配序列。第三章基于硫堇修饰金纳米粒子电化学DNA生物传感器的研究本实验构建了一种高灵敏度电化学DNA生物传感器,该传感器使用硫堇(thionine)修饰DiDNA/AuNP复合物,以“(DiDNA/AuNP-thionine)/target DNA/CPDNA"体系作为传感模板,利用DiDNA/AuNP-thionine复合物的信号放大,通过差示脉冲伏安法检测硫堇信号的变化来测定目标DNA的浓度。该传感器预先将3’端修饰巯基的捕获探针(CPDNA)通过金硫键组装在金电极表面,随后让DiDNA与CPDNA部分杂交,此时修饰在DiDNA上的金纳米(AuNPs)-硫堇(thionine)复合物由于重力作用位于电极表面近端,产生比较大的电流信号；当体系中加入目标DNA后,捕获探针中未杂交的部分和目标探针之间通过碱基互补配对杂交呈现出DNA特有的双螺旋结构,刚性增强,DiDNA/AuNP-thionine复合物远离电极表面,电流信号降低。本实验建立的双标记法增加了信号分子(thionine)的负载量,提高了检测的灵敏度。该传感器检测到的硫堇峰电流值ip与目标DNA浓度在0.5pM-50pM范围内呈较好的线性关系且检出限仅为0.3fM(S/N=3),具有标记简单、灵敏度高、稳定性好等优点。