基于可逆加成-断裂链转移聚合的DNA电化学生物传感分析

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随着药物检测和早期诊断等各个领域对DNA检测技术的需求不断增长,各种生物分析方法迅速发展。其中电化学生物传感分析方法因其独特的高效率和高精度特性受到科学家们的青睐。尽管许多可用来检测特定的基因序列的电化学平台已经被研发出来了,但目前常用的信号放大方法仍然各有缺点,例如使用天然酶成本高昂、使用重金属催化剂会带来潜在的污染以及合成纳米材料通常需要繁琐的操作过程。然而,将可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)结合到电化学检测方法中不仅可以克服这些缺点,同时还可以保留高效率和高精度特性。通常,纳米材料的合成需要大量的实验操作与专业技能,但是以DNA为模板的银纳米颗粒(Ag NP)镀膜技术易于操作,只需要通过简单的银镜反应就可以实现,并且Ag纳米颗粒的电化学活性优良,有助于检测灵敏度的提升。通过这两种信号放大策略的结合,电化学生物传感分析的灵敏度和检出限将获得新的突破。本文研究了两种不同引发机制的RAFT反应分别与银纳米镀膜技术的结合,并以此构建了两种电化学生物传感器,同时对其DNA分析性能也进行了研究。此外还详细分析了两种RAFT反应的机理,研究了两种分析方法的特异性、检出限等性能。1.基于电化学介导RAFT和银纳米镀膜的DNA电化学生物传感分析在此研究中,首次将电化学介导的RAFT(e RAFT)与银纳米镀膜技术结合并用于单链DNA的电化学分析。e RAFT与其他RAFT反应不同的地方在于其引发机制,在反应过程中通过对聚合体系施加一定的恒电压导致引发剂发生裂解,并以此产生自由基从而引发聚合反应。其优点是聚合产物的分子量分布区间窄,并且可以通过找到合适的恒电压来维持适当的自由基产生速率并以此调节聚合反应时间。另外在适当的恒电压下,聚合反应进行的同时不会对其他组件造成影响,这大大提高了反应效率。通过银纳米镀膜技术,目标DNA(t DNA)被大量具有很强的电化学信号的银纳米颗粒(Ag NP)标记,并以此来定量检测t DNA的浓度。通过两种信号放大策略的结合,大大提高了检测方法的灵敏度,检出限明显降低。并且通过实验证明,该方法的特异性以及对人血清样本中t DNA的检测能力非常令人满意。2.基于热引发SI-RAFT和银纳米镀膜的DNA电化学生物传感分析在此研究中,首次将热引发表面生长RAFT(SI-RAFT)与银纳米镀膜技术结合并用于单链DNA的高灵敏度检测。热引发SI-RAFT相对于e RAFT而言的优点在于容易操作,无需电化学工作站施加恒电压,只需通过加热使引发剂分解产生自由基从而引发RAFT,这更便于批量实验操作,可以节省大量时间。此外相对于电解池的开放式环境不同,热引发聚合反应更便于维持无氧环境,因为在电解池中需要通过持续施加氮气(N2)来维持无氧环境以避免自由基失活,而热反应只需要在反应开始前将密闭环境中的空气置换为N2即可。在合适的热引发剂分解温度下,热引发SI-RAFT更便于大体积的反应,只需要将整个反应体系维持合适的热引发剂分解温度下即可。此外,由于表面生长的优势,即每次修饰一个组件之后无需复杂操作,只需要通过简单的冲洗电极表面即可去除反应残留物与杂质。通过实验证明该DNA分析方法同样具有优良的特异性和普通人血清样本检测能力,以及检出限与线性检测范围都非常令人满意。
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