電化學(xué)生物傳感器作為一種分析和診斷的工具,可以將識別元件與分析物之間的特異性相互作用轉(zhuǎn)換成易于處理的電信號,實現(xiàn)對分析物的定量檢測。因具有操作簡單、響應(yīng)速度快、成本低、微型化等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于疾病診斷、藥物發(fā)現(xiàn)、食品分析和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。近年來,隨著DNA納米技術(shù)的發(fā)展,將新型DNA納米機(jī)器和諸多信號放大策略集成到電化學(xué)生物傳感器的開發(fā)研究中對其靈敏度、特異性等性能的優(yōu)化提升具有重要意義。立足于搭建更為靈敏、準(zhǔn)確的檢測平臺,本論文設(shè)計組裝了不同的DNA功能結(jié)構(gòu),并結(jié)合信號放大策略,提出了幾種電化學(xué)生物傳感新方法。具體工作如下:1.基于高效的目標(biāo)物循環(huán)放大策略及網(wǎng)狀Y形DNA結(jié)構(gòu)構(gòu)建電化學(xué)生物傳感器的研究目標(biāo)物循環(huán)放大策略可以顯著提高生物傳感器的靈敏度,但此策略往往存在循環(huán)產(chǎn)物浪費的缺陷。為克服該問題,我們在構(gòu)建傳感器時提出了一種高效的目標(biāo)物循環(huán)放大策略,將所有循環(huán)產(chǎn)物充分用于網(wǎng)狀Y-DNA的組裝。同時,網(wǎng)狀Y-DNA可調(diào)節(jié)四氧化三鐵（Fe₃O₄）對亞甲基藍(lán)（MB）的電催化作用,從而實現(xiàn)對目標(biāo)DNA（與口腔腫瘤相關(guān)）的靈敏檢測。具體來說,在限... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電化學(xué)生物傳感器原理示意圖

第1章緒論1第1章緒論1.1電化學(xué)生物傳感器1.1.1電化學(xué)生物傳感器的原理電化學(xué)生物傳感器是一種獨立的集成設(shè)備，主要包括三個集成元件：(a)與被分析物特異性交互的生物識別元件，如抗體、抗體片段、蛋白、凝集素、酶、受體、細(xì)胞、肽、肽核酸、適配體和DNA等；(b)信號轉(zhuǎn)換器，從分析物-生物分子特異性相互作用產(chǎn)生可測量的信號；(c)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)(圖1.1)。其工作原理是將分析物與生物識別元件間的特異性作用轉(zhuǎn)化為可檢測的電流、電位、累積電荷或阻抗的變化，從而對分析物進(jìn)行定量或半定量分析[1-5]。圖1.1電化學(xué)生物傳感器原理示意圖。Figure1.1Schemeoftheprinciplefortheelectrochemicalbiosensor.1.1.2電化學(xué)生物傳感器的檢測應(yīng)用電化學(xué)生物傳感器組裝簡單、成本效益高、易于微型化，具有實現(xiàn)快速、靈敏、精確和低成本檢測分析物的潛力。其應(yīng)用廣泛，包括遺傳疾病和癌癥早期診斷、環(huán)境監(jiān)測、水管理和食品質(zhì)量控制、土壤質(zhì)量監(jiān)測等多個領(lǐng)域。從本論文的研究出發(fā)，以下主要介紹電化學(xué)生物傳感器在核酸、重金屬離子檢測方面的應(yīng)用[6]。圖1.2電化學(xué)生物傳感器在多領(lǐng)域的應(yīng)用。Figure1.2Applicationoftheelectrochemicalbiosensorindifferentareas.

臨床醫(yī)學(xué)中具有重要意義。通過核酸檢測可以快速、特異地識別引起傳染病的病原體。并且，序列分析可收集到有關(guān)癌癥和其他疾病的分子水平信息。然而，這是一個具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，因為核酸在臨床樣本中通常以低水平存在，并且需要非常高的特異性來區(qū)分特定序列和相關(guān)分子。PCR是當(dāng)前的黃金核酸分析標(biāo)準(zhǔn)，可檢測單核苷酸特異性。但PCR檢測耗時，需要熟練的技術(shù)員操作。因此，具有更高的敏感性和特異性以及易用性的先進(jìn)電化學(xué)傳感平臺被寄予厚望。近來已構(gòu)建了很多電化學(xué)生物傳感器用于DNA和MicroRNAs(miRNAs)檢測[7-11]。圖1.3一步無標(biāo)記電化學(xué)DNA檢測原理圖。Figure1.3Schematicillustrationofone-stepandlabel-freeelectrochemicalDNAdetection.DNA檢測：電化學(xué)生物傳感器檢測DNA在基因組學(xué)、疾病診斷、細(xì)菌和病毒檢測等許多研究領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。例如，針對沙眼衣原體的靶向DNA，Park等人開發(fā)了一種基于分子信標(biāo)(MB)探針的一步無標(biāo)記的電化學(xué)檢測方法(圖1.3)。在沒有目標(biāo)DNA的情況下，MB探針與Pb2+相互作用后形成了分子內(nèi)莖環(huán)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，限制了Pb2+在電極表面的自由擴(kuò)散，導(dǎo)致電化學(xué)信號較低。與此相反，目標(biāo)DNA的存在與MB探針形成雜化復(fù)合體，打破了MB探針的分子內(nèi)莖環(huán)結(jié)構(gòu)，釋放Pb2+，使其自由擴(kuò)散到電極表面，產(chǎn)生高電化學(xué)信號。利用該方法，成功地對傳播性疾病的主要病原體之一沙眼衣原體的目標(biāo)DNA進(jìn)行了檢測[12]。而Chen等人則利用探針延長技術(shù)研制電化學(xué)生物傳感器檢測人血清基因組DNA[13]，基因組DNA存在時，分別標(biāo)記巰基和生物素的兩條較短DNA雙鏈(CP-AP1、SP-AP2)經(jīng)連接酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(LCR)可整合為一個較長的DNA雙鏈；借助熱循環(huán)，探針延長持續(xù)進(jìn)行，整合集成的DNA雙鏈數(shù)目迅速擴(kuò)增；這些集成的雙鏈進(jìn)一步固載在牛血清白蛋


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