幾種活性氧和DNA電化學(xué)傳感器研究.pdf

1、活性氧(Reactive oxygen species，ROS)，是生物體代謝過程中產(chǎn)生的一類非常不穩(wěn)定含氧分子的總稱。當(dāng)過量的ROS產(chǎn)生或者ROS處于比較高的濃度就會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激，從而引起機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)、體液或DNA的損傷，阻礙正常的細(xì)胞功能，導(dǎo)致許多疾病以及衰老的發(fā)生。
　　 脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)，作為一種重要的生物大分子在生物體遺傳信息儲(chǔ)存和蛋白質(zhì)合成中有著至關(guān)重要的作用。生物體

2、內(nèi)DNA堿基的異常變化，象征著機(jī)體免疫系統(tǒng)的損傷或者基因突變，進(jìn)而有可能引起多種疾病的發(fā)生。
　　 因此，跟蹤和檢測(cè)生物體內(nèi)的ROS和DNA是非常必要的。由于電化學(xué)傳感器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于操作、響應(yīng)速度快、價(jià)格低廉而且能耗較低、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。所以，本論文就ROS，DNA堿基以及ROS損傷DNA的檢測(cè)，開發(fā)了幾種電化學(xué)傳感器，具體工作如下:
　　 (1)通過層層自組裝技術(shù)將帶正電的聚二甲基二烯丙基氯化銨

3、(PDDA)和帶負(fù)電的超氧化物歧化酶(SOD)交替吸附到L-半胱氨酸(Cys)修飾的金(Au)電極表面，構(gòu)建了超氧陰離子(O2·-)電化學(xué)生物傳感器。在25 mM PBS(pH7.2)中，修飾電極(SOD/PDDA)n/Cys/Au在84 mV附近表現(xiàn)出一對(duì)準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，實(shí)現(xiàn)了SOD的直接電化學(xué)過程?；赟OD可以同時(shí)在氧化和還原兩個(gè)電位下催化歧化O2·-，發(fā)展了O2·-電化學(xué)傳感器。所構(gòu)建的(SOD/PDDA)5/Cys/Au電

4、極在氧化和還原兩個(gè)電位下對(duì)O2·-具有良好的分析性能:低的檢測(cè)限、良好的選擇性、穩(wěn)定性和抗干擾能力，特別是寬的線性范圍(0.5-546μM)。
　　 (2)基于氮摻雜多孔碳納米多面體(N-PCNPs)修飾玻碳(GC)電極開發(fā)了一種新型非酶電化學(xué)過氧化氫(H2O2)傳感器。N-PCNPs通過直接碳化ZIF-8納米多面體獲得。電化學(xué)表征得知，N-PCNPs/GC電極對(duì)H2O2具有非常好的電催化能力;實(shí)驗(yàn)還對(duì)影響電極傳感性能的各種參數(shù)

5、，包括pH值和工作電位等進(jìn)行了探討。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，傳感器(N-PCNPs/GC)對(duì)H2O2響應(yīng)的線性范圍為0.001-11 mM，檢測(cè)限可達(dá)0.2μM(S/N=3)。
　　 (3)基于“金標(biāo)銀染法”構(gòu)建了靈敏檢測(cè)羥基自由基(·OH)的電化學(xué)DNA傳感器。首先通過“Au-S”鍵作用，成功的將修飾有巰基的DNA1自組裝到平板金電極上。采用芬頓(Fenton)反應(yīng)產(chǎn)生的·OH對(duì)電極表面的DNA1產(chǎn)生氧化損傷;為了靈敏檢測(cè)Fento

6、n反應(yīng)產(chǎn)生·OH的濃度，然后通過堿基互補(bǔ)配對(duì)在電極上組裝DNA2-AuNPs和金催化銀染增強(qiáng)來(lái)放大響應(yīng)信號(hào)。結(jié)果表明，所構(gòu)建的電化學(xué)DNA傳感器對(duì)·OH檢測(cè)表現(xiàn)出了良好的分析性能:寬的線性范圍(0.2-200μM)、低的檢測(cè)限(50 nM)、良好的選擇性、較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性;并且該傳感器可用于評(píng)價(jià)抗氧化劑的抗氧化能力。
　　 (4)基于磁性顆粒(MBs)-DNA-銀納米粒子(AgNPs)納米復(fù)合材料，開發(fā)了一種靈敏檢測(cè)羥基自由

7、基(·OH)的電化學(xué)傳感技術(shù)。在該傳感器設(shè)計(jì)中MBs被用來(lái)磁性分離，AgNPs用作信號(hào)指示。由于·OH可氧化損傷DNA鏈斷裂，使得AgNPs從MBs-DNA-AgNPs納米復(fù)合物上脫落下來(lái)。MBs通過外加磁場(chǎng)很容易被分離除去，從而實(shí)現(xiàn)AgNPs收集。在GC電極上采用陽(yáng)極溶出伏安法(ASV)檢測(cè)溶解Ag的信號(hào)對(duì)應(yīng)著·OH濃度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ASV響應(yīng)電流的增大隨著·OH濃度的增大而增大，并且在0.05-4μM之間存在良好的線性關(guān)系，檢

8、測(cè)限可達(dá)10 nM。此外，所構(gòu)建的傳感技術(shù)成功應(yīng)用于抗氧化劑抗氧化能力的篩選。
　　 (5)通過電化學(xué)方法將鳥嘌呤(Guanine)富集到石墨烯納米帶(GNRs)修飾的GC電極表面構(gòu)建了電化學(xué)DNA傳感器并用于評(píng)價(jià)果汁的總抗氧化能力。利用Fenton反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)氧化損傷鳥嘌呤，而抗壞血酸(AA)作為一種·OH清除劑保護(hù)固定在電極上的烏嘌呤不受損傷，據(jù)此AA被用作一種標(biāo)準(zhǔn)的抗氧化劑來(lái)評(píng)價(jià)果汁的總抗氧化能力。在最佳

9、實(shí)驗(yàn)條件下，所構(gòu)建的電化學(xué)傳感器(Guanine/GNRs/GC)對(duì)AA具有良好的分析性能:寬的線性范圍(0.1-4 mgL-1)、高的靈敏度(4.16μA mg-1 L)、低的檢測(cè)限(0.05 mg L-1)。此外，所構(gòu)建的電化學(xué)傳感器成功應(yīng)用于果汁總抗氧化能力的評(píng)估。
　　 (6)基于石墨烯納米帶(GNRs)修飾GC電極具有較寬的電位窗口和良好的電催化能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)組成DNA四種堿基的直接電化學(xué)氧化檢測(cè)。與裸GC和碳納米管(

10、CNTs)修飾GC電極相比，GNRs/GC電極對(duì)鳥嘌呤(G)，腺嘌呤(A)，胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)表現(xiàn)出比較強(qiáng)的電催化活性。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，GNRs/GC電極對(duì)G、A、T和C的檢測(cè)表現(xiàn)出低檢測(cè)限、高靈敏度和寬線性范圍。另一方面，對(duì)于含有G、A、T和C的四元混合體系，GNRs/GC電極對(duì)G、A、T和C的同時(shí)電化學(xué)氧化也得到了較好的效果，G和A，A和T，T和C之間的峰電位差分別是290 mV，200 mV和140 mV。此外，GNR