基于功能型寡聚核苷酸传感界面的电化学生物传感器

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功能型DNA是指一类通过体外筛选或指数富集的配体进化系统(SELEX)筛选出来的具有酶功能或是识别功能的短链DNA。功能型寡聚核苷酸是功能型DNA的其中一类。电化学生物传感器因其具有便携性、操作简单、灵敏度高、耗材量小等优点,因此在环境监测、生物分析、法医鉴定、食品安全等领域日益受到重视。本文将功能型寡聚核苷酸和电化学传感技术相结合,构建了三种新型的阻抗型免标记电化学传感器,用于对三聚氰胺和重金属汞离子的检测,研究内容如下:(1)基于胸腺嘧啶(T)和三聚氰胺(Mel)通过氢键作用形成T-Mel-T结构,构建了一种快速、灵敏的电化学生物传感器,用于牛奶样品中三聚氰胺的检测。首先,以S-Au键将巯基修饰富T碱基寡聚核苷酸(TRO)固定在金电极表面,然后以巯基己醇(MCH)封闭电极表面的空位点,得到TRO修饰传感界面。当TRO上的胸腺嘧啶(T)和三聚氰胺(Mel)作用形成T-Mel-T结构后,引起TRO的构象改变,进而会改变电极的电化学行为。以[Fe(CN)6]3-/4-为电化学探针,采用电化学阻抗谱(EIS)考察了传感器对三聚氰胺的分析性能,结果表明,在最佳条件下,阻抗差值(ΔRct)与三聚氰胺浓度对数(lgCMel)在10.0 pM1.0μM浓度范围内有良好的线性关系,检测限为1.2 pM。将传感器应用于牛奶样品中Mel检测,回收率为96.4104.4%。(2)基于富胸腺嘧啶(T)寡聚核苷酸和汞离子(Hg2+)能形成T-Hg2+-T结构,构建了一种新型多“三明治”核苷酸链的汞离子电化学传感器。首先,在金电极表面以S-Au键固定探针DNA(IS),并用巯基己醇封闭电极上的空余位点;然后通过修饰电极反复交替和汞特异寡聚核苷酸(MSO)、连接两条MSO的桥接链DNA(BS)杂交,形成MSO-BS交替相连的多“三明治”核苷酸杂交链,并因多核苷酸序列而产生大的阻抗。当修饰电极与Hg2+作用后,传感器界面的MSO和Hg2+形成U形T-Hg2+-T结构,导致多“三明治”结构迅速瓦解,引起阻抗降低,从而达到对Hg2+的高灵敏检测。采用电化学阻抗谱(EIS)考察了传感器对Hg2+的分析性能,实验表明,该传感器能特异地识别Hg2+,且在1.0 fM10.0 pM的Hg2+浓度范围内,阻抗差值(ΔRct)与Hg2+浓度对数(lgCHg2+)呈现良好的线性关系,检出限达到0.16 fM。(3)基于环型寡聚核苷酸(RS)和放大辅助链DNA(AAS)在电极表面反复杂交形成DNA立体杂交网,构建了一种新型高灵敏汞离子电化学传感器。首先将固定链DNA(IS)通过S-Au键固定在金电极表面,再用巯基己醇(MCH)封闭空位点;然后将修饰电极与汞特异寡聚核苷酸(MSO)、桥接链DNA(BS)依次杂交;最后将修饰电极反复和RS、AAS交替杂交形成网状结构,得到高阻抗表面。当Hg2+存在时,MSO和Hg2+形成T-Hg2+-T结构,导致网状结构断裂,从而使得传感器EIS响应信号降低。采用CV、EIS、AFM对传感器构建过程进行了表征,并采用EIS对传感器制备及汞离子分析条件进行优化。实验结果显示,在最佳条件下,该传感器能特异地识别Hg2+,且在10.0 aM1.0 pM的Hg2+浓度范围内,阻抗变化值(ΔRct)与Hg2+浓度对数(lgCHg2+)呈现良好的线性关系,检出限达到7.2 aM。
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