生物傳感器以其獨(dú)特的分子識別特性被廣泛的應(yīng)用到疾病診斷和治療,環(huán)境檢測和生命過程研究等多個(gè)領(lǐng)域。許多科研工作者已經(jīng)將自然界中具有特殊識別功能的核酸、蛋白等生物材料應(yīng)用到了生物傳感領(lǐng)域中。特別是核酸材料具有獨(dú)特的堿基配對識別能力和高度的可編輯性,為其在生物傳感中的應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢。但是,傳感界面的分子識別系統(tǒng)受到了靶標(biāo)分子擴(kuò)散,核酸探針完整性以及核酸探針活性和核酸探針構(gòu)象等多方面的影響。通過調(diào)控傳感界面的分子識別,可以實(shí)現(xiàn)生物傳感器的檢測靈敏度,檢測限和檢測選擇性等的提高和其更廣泛的應(yīng)用。因而,為了提高傳感系統(tǒng)的傳感性能和應(yīng)用范圍,我們將從以下幾個(gè)方面對分子識別的能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。（1）傳感界面的擴(kuò)散問題一直影響著傳感器的檢測性能,為此出現(xiàn)了許多基于擴(kuò)散問題設(shè)計(jì)的納米電極,微流控檢測體系等。同時(shí),反應(yīng)溶液中的電子傳遞問題也是電化學(xué)傳感研究的重要內(nèi)容。本部分內(nèi)容主要研究了傳感界面的靶標(biāo)分子擴(kuò)散和傳感界面的分子間相互作用的問題。一方面,我們研究了核酸探針與核酸靶標(biāo)之間的特異性識別與靶標(biāo)擴(kuò)散和傳感界面探針密度之間的關(guān)系。依據(jù)以前發(fā)表過的文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,來探究它們之間的關(guān)系和傳感設(shè)計(jì)的問題。另... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１生物傳感器的組成與分子識別的影響因素??

ｉｆｆｕｓｉｏｎ）?、＇??ｅ＇?＾?Ｐ＇?…Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｉ＊—?ｌｅ?１—?Ｌ￣＊ｉ??Ｃ?ｄ??Ｂｕｌｋ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?關(guān)??Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｙｅｒ?＇?ｄＡ?Ｊ?ｅ．？＾ｙ，ｅ??°３?Ｈ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ??ａ２?Ｔｅｒｙｌｅｎｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?：?ｄ３?｜｜?ＳＥ？??ｎｉ?ＰＶＡ?ｌａｙｅｒ??ｄ２?？?＿ＴＢＰ＿＿??Ｅｎｚｙｍｅ?ｌａｙｅｒ?ｄ＼??ａ〇?＝?〇?：?—?＊－??Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??圖１．２傳感界面的幾種擴(kuò)散形式??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｆｏｒｍｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ??１．１．２場效應(yīng)晶體管中的擴(kuò)散與應(yīng)用??在電場的作用下，帶電荷的靶分子與界面探針相結(jié)合導(dǎo)致界面電荷的改變，??可以通過定■測定其中變化的電學(xué)德號來進(jìn)行檢測。在場效應(yīng)晶體管表面上存在??明Ｍ的電荷擴(kuò)散雙電層，這個(gè)雙電層的厚度即為德拜長度。而德拜長度的限制是??場效應(yīng)晶體管庳用于傳感檢測的一個(gè)巨太的挑戰(zhàn)。由于探針結(jié)合而造成的電荷變??化容易受到擴(kuò)散雙電Ｓ的電荷屏蔽作用，降低了生物分子的有效電荷，從而導(dǎo)致??檢測靈敏度的降低。??對子黌離子強(qiáng)度的緩沖溶液，德拜長度小于傳感界面與革Ｅ分子之間的距離，??從而屏蔽了靶分子的電荷。然而，對于ｐＨ值檢測來說，小的氫離ｆ可以被束縛??在逋道表面附近，因此對緩沖濃度的依賴性很�。玻贰τ谑艿掳蓍L度限制較太的??分子，Ｓｈａｌｅｖ及其同事設(shè)計(jì)Ｔ一種靜電方法＊該方法可以去除雙電層中過麝的離??３??

ｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔ�。眨觯ВВ欤欤�，＂３＇ｃ??Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｅａｍ?］｜?Ｔ－Ｓｅｎｓｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ａｒｅａ????＊?ｒ?５?７？ｅ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｔｒｅａｍ?Ｉ?Ｔ?２?ｓｍｍ??Ｓａｍｐｌｅ?ｓｔｒｅａｍ?｜?Ｉ??ｍｍ?????Ｄｍ她?ｎ，，Ｓｅｎｓｏｒ＜ｅａｒｏ＜ｔｅ??／Ｘ?Ｉ＾Ｋ?ＣＤＦ?ｔＳＬ—??Ｃ／?Ｉ?ｓ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?■?Ｓａｍｐｌｅ?ｉｎｌｅｔ??Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｅａｍ??圖１．３雛控設(shè)備的傳感應(yīng)用??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｅｎｓｏｒ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｄｅｖｉｃｅ??１．２捕獲探針活性優(yōu)化??核酸探針可以通過沃森－克里克的堿基配對和其言身結(jié)構(gòu)的多樣性賣現(xiàn)較高??的識別能力和．緒舎能力。Ｒｉｂｏｚｙｍｅｓ３９，?ｃｉｒｃｕｌａｒ?ＲＮＡ４°，?Ｇ－ｑｕａｄｒｕｐｌｅｘ?．（Ｇ４）４１?和?ｉ－??ｍｏｔｉｆ４２，４３等具有獨(dú)特的核酸結(jié)構(gòu)，在靶標(biāo)分子識別中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，并且可以??實(shí)現(xiàn)疾病生理過程或藥理反應(yīng)治療過程的干預(yù)４４，４５。例如，很多研宄Ｘ作者發(fā)現(xiàn)??Ｇ４ｓ畬集于基因姐４６的調(diào)控區(qū)域，并Ｊｇ基■組的不穩(wěn)定性、遺傳疾病和癌癥進(jìn)展??相關(guān)４７＃。同樣地，ｉ－ｍｏｔｉｆ的形成也在復(fù)制４９和轉(zhuǎn)錄中起到調(diào)控作用４４。??由于核酸探針反應(yīng)迅速、窩特異性結(jié)合、敏感性高，研究人員開發(fā)了各種人??工設(shè)計(jì)的核酸探針，在治療和診斷方面顯示出哲大的潛力。例如，塞于核酸報(bào)告??的溶酶體雙離〒成像可以化學(xué)分解溶酶體亞群５Ｑ＊此外，決定傳感器設(shè)計(jì)的一個(gè)??重＇要方面是識別，這是傳感器與靶標(biāo)實(shí)現(xiàn)


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