基于石墨烯的电化学DNA传感器研究

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电化学DNA传感器作为一种新型的生物传感器,在基因诊断及药物分析等方面具有重要的应用价值。电极表面电化学性质,探针固定以及电化学信号检测将直接影响到传感器的性能。石墨烯及其衍生材料具有较好的电子传导能力或丰富的含氧基团,经过羧基化处理后修饰材料所携带的羧基与探针末端修饰的氨基发生酰胺化反应,可以实现共价固定探针。由于寡核苷酸链的磷酸骨架带有负电荷,与Fe(CN)63-/4-所带负电荷存在静电排斥作用,且电极表面DNA数量不同,排斥作用会有分别,从而产生不同的氧化还原电信号。因此,我们采用Fe(CN)63-/4-作为电化学指示剂检测电信号变化。在传感器制备过程中,我们创新性地研究了羧基化石墨烯材料在电极表面的电化学特性以及在DNA检测中的性能,主要包括:(I)对氧化石墨烯(GO)进行羧基化处理得到羧基化氧化石墨烯(CFGO),在保留其在水溶液中优良分散能力的前提下,增加GO表面所含羧基数量,为末端氨基化探针DNA的固定提供更多支点。为了进一步增大电极表面积,增强电子传导能力,我们采用单壁碳纳米管(SWCNTs)作为辅助修饰材料。通过循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)等电化学测试手段,我们检测了基于CFGO和SWCNTs修饰玻碳电极(GCE)的电化学性质。研究表明,由两种材料复合而成的修饰薄膜对副溶血酶弧菌的tlh基因片段检测表现出较好的检测限以及较宽的检测范围。(II)对CFGO进一步处理,希望在保留其羧基情况下,适当提高材料的电子传导能力。在经历CFGO含氧基团部分还原、氰基加成以及水解氰基得到羧基等步骤后,我们制备了羧基含量及导电性能均有所提高的新型材料—羧基化石墨烯(CFGR-COOH)。我们利用X-射线光电子能谱对该材料的基团构成进行了直观分析,并利用CV、DPV等电化学测试手段对基于CFGR-COOH修饰的玻碳电极的电化学性质进行了测量。在对tlh基因片段进行检测时,该传感器表现出较好的灵敏度以及选择性。(III)我们制备了基于CFGR-COOH和聚苯胺(PANI)修饰铂电极的检测tlh基因的电化学传感器,并用CV、DPV等方法对该传感器的电化学性质进行了测试。实验结果表明CFGR-COOH能够与其PANI良好结合,形成功能结构更为完善的复合修饰薄膜,并对tlh基因检测表现出良好的灵敏度以及选择性。同时,我们还对基于CFGR-COOH/GCE,以发卡DNA(Hairpin DNA)作为探针、以辣根过氧化氢酶标记链霉亲和素(HRP-Streptavidin)为分子信标的DNA传感器进行了检测。该传感器在催化H2O2水解氧化对苯二酚时表现出良好的电化学性能,说明CFGR-COOH对于不同碱基序列或构型的氨基修饰的寡核苷酸链均能起到良好的固定作用,进一步说明CFGR-COOH作为电化学传感平台修饰材料具有可行性及广泛性。
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