本文關(guān)鍵詞：汞離子檢測的電化學DNA傳感器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,水環(huán)境重金屬污染日益嚴重,給人類和環(huán)境造成了巨大的危害。重金屬污染的治理十分困難,應防范于未然。因此,對水環(huán)境重金屬離子的實時監(jiān)測刻不容緩,對環(huán)境保護、健康醫(yī)療、食品監(jiān)測等領(lǐng)域有著重要的意義。隨著微電子集成工藝及DNA分子技術(shù)的發(fā)展,新型的可用于現(xiàn)場快速檢測分析的重金屬傳感器受到人們的重視。本文基于電化學原理,構(gòu)建了三種重金屬傳感器,實現(xiàn)對汞離子的檢測。結(jié)合交流阻抗分析技術(shù)及T-Hg2+-T錯配原理,構(gòu)建了兩種用于檢測汞離子的電化學DNA傳感器,具有檢出限低,靈敏度高,重復性較好等優(yōu)點。基于微電子加工工藝,構(gòu)建了一種基于微電極陣列的電化學傳感器,采用差分脈沖溶出伏安法實現(xiàn)對汞離子濃度的定量分析。本文主要創(chuàng)新性工作如下：1、設(shè)計檢測汞離子的雜交型DNA傳感器深入研究了雜交型DNA傳感器的設(shè)計方法,通過將一端修飾巰基的DNA固定鏈自組裝到金電極表面,再與DNA探針鏈雜交,基于T-Hg2+.T錯配與DNA雜交原理,采用電化學阻抗法實現(xiàn)對汞離子的檢測。由于探針鏈富含胸腺嘧啶,能與汞離子特異性結(jié)合形成T-Hg2+.T錯配結(jié)構(gòu)并與固定鏈分離,引起電化學信號的改變。通過對ssDNA固定時間、MCH封閉條件及雜交溫度等實驗條件進行優(yōu)化,不僅縮短了檢測時間,還提高了ssDNA固定的效果和檢測汞離子的性能。實驗結(jié)果表明,該傳感器的最低檢出限0.2nM,線性范圍為1.10nM。該傳感器的特點是利用DNA雜交和T-Hg2+-T錯配原理,實現(xiàn)了對汞離子的高靈敏度檢測。2、構(gòu)建檢測汞離子的“發(fā)卡型”單鏈DNA傳感器深入研究發(fā)卡型單鏈DNA傳感器的設(shè)計方法,通過將富含胸腺嘧啶的DNA單鏈固定到金電極表面,DNA鏈通過T-Hg2+-T錯配形成發(fā)卡結(jié)構(gòu),結(jié)合電化學阻抗分析技術(shù),可檢測到由DNA結(jié)構(gòu)變化導致的電化學信號的改變。研究并改進了DNA共固定的條件,優(yōu)化了共固定中DNA與MCH的混合比例,實現(xiàn)對Hg離子的定量檢測。該傳感器的最低檢出限0.4nM,線性范圍為2-10nM,具有較好的重復性。3、探索了一種基于微電極陣列的汞離子檢測的電化學傳感器基于微電子加工技術(shù),構(gòu)建了一種基于微電極陣列的三電極電化學重金屬傳感器。該傳感器主要由金微電極陣列、銀電極和鉑電極組成。將金微電極陣列作為工作電極,鉑電極作為對電極,銀電極進一步加工作為參比電極,結(jié)合差分脈沖溶出伏安法,實現(xiàn)對重金屬汞離子的定量檢測。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計的微電極陣列可以實現(xiàn)對重金屬汞離子的高靈敏度檢測。若進一步結(jié)合DNA等生物材料,有望實現(xiàn)更高的特異性和更低的檢出限,從而實現(xiàn)痕量汞離子檢出的目標。
【關(guān)鍵詞】：重金屬汞離子檢測 DNA電化學生物傳感器 微電極陣列電化學傳感器 T-Hg~(2+)-T錯配
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.2;R114
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 重金屬的危害及檢測的意義12-14
• 1.1.1 水環(huán)境重金屬污染12-13
• 1.1.2 重金屬檢測的意義13
• 1.1.3 重金屬檢測的現(xiàn)狀13-14
• 1.2 重金屬傳感器的研究進展14-18
• 1.2.1 傳感器的分類14
• 1.2.2 重金屬傳感器的研究進展14-18
• 1.3 DNA生物傳感器的研究進展18-24
• 1.3.1 DNA熒光傳感器19-20
• 1.3.2 DNA比色傳感器20-21
• 1.3.3 DNA電化學傳感器21-24
• 1.4 本文研究內(nèi)容24
• 1.5 本章小結(jié)24-26
• 第2章 電化學分析及DNA傳感器構(gòu)建方法26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 電分析化學的理論基礎(chǔ)26-30
• 2.2.1 電極過程26-27
• 2.2.2 法拉第定律27
• 2.2.3 電流強度與電化學反應速率27-28
• 2.2.4 平衡電勢與能斯特方程28-29
• 2.2.5 雙層模型29-30
• 2.3 基于三電極體系的電化學檢測30-34
• 2.3.1 脈沖伏安法30-32
• 2.3.2 溶出伏安法32
• 2.3.3 交流阻抗法32-34
• 2.4 DNA傳感器的構(gòu)建方法34-39
• 2.4.1 DNA結(jié)構(gòu)和復制34-35
• 2.4.2 DNA分子變性與復性35-36
• 2.4.3 DNA分子雜交36-37
• 2.4.4 DNA與重金屬汞離子的特異性結(jié)合37
• 2.4.5 DNA的固定37-38
• 2.4.6 DNA探針的標記38
• 2.4.7 寡核苷酸序列的設(shè)計原則38-39
• 2.5 傳感器檢測及性能表征39-41
• 2.5.1 標準曲線和標準加入法39
• 2.5.2 線性范圍和靈敏度39-40
• 2.5.3 檢出限和定量限40
• 2.5.4 誤差和重復性40-41
• 2.6 本章小結(jié)41-42
• 第3章 雜交型DNA電化學傳感器42-56
• 3.1 雜交型DNA傳感器的原理42-43
• 3.2 DNA傳感器的制備43-50
• 3.2.1 實驗試劑和材料43-44
• 3.2.2 實驗方法和步驟44-50
• 3.3 實驗優(yōu)化50-54
• 3.3.1 DNA固定時間的優(yōu)化50-52
• 3.3.2 雜交溫度的優(yōu)化52
• 3.3.3 預固定、共固定與后固定的對比52-54
• 3.4 汞離子檢測結(jié)果54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第4章 發(fā)卡型單鏈DNA傳感器56-64
• 4.1 發(fā)卡型單鏈DNA傳感器的原理56
• 4.2 實驗優(yōu)化56-59
• 4.2.1 預固定法中MCH封閉時間的優(yōu)化56-58
• 4.2.2 共固定方法中的ssDNA與MCH比例的優(yōu)化58-59
• 4.3 汞離子檢測結(jié)果59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 三電極電化學傳感的研究64-74
• 5.1 微電極64-65
• 5.1.1 微電極特性64
• 5.1.2 微電極陣列的優(yōu)點64-65
• 5.2 MEA芯片設(shè)計65-67
• 5.3 微電極制備工藝及制造流程67-73
• 5.3.1 微電極陣列的加工流程67-68
• 5.3.2 參比電極68
• 5.3.3 工作電極的活化和表征68-70
• 5.3.4 富集電位與時間優(yōu)化70-71
• 5.3.5 差分脈沖溶出伏安法檢測汞離子71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第6章 總結(jié)和展望74-77
• 6.1 本文內(nèi)容總結(jié)74-75
• 6.2 課題研究展望75-77
• 參考文獻77-80
• 作者簡介80
• 攻讀碩士學位期間主要的研究成果80-82
• 致謝82

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