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物联网-智慧传输-基于功能核酸的传感器研究.pdf
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物联网-智慧传输-基于功能核酸的传感器研究.pdf
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Abstract
SensorS
Bascd
on
Functional
NucIeic
Acid
Sensors
Based
on
Functional
Nucleic
Acid
Abstract
Functional
nucleic
acids
are
a
hnd
of
nucleic
acid
sequences
with
special
mnctions,
wllich
c锄specifically
bind
target
substaIlces
or
catalyze
reactions.These驼quences,
because
of
tIleir
characteristics,haVe
been
demons仃ated
enomouS
potential
in
biological
analysis,food
safet)r
teSting,envir0舯ental
aIlalysis,phaJlnaCeuticaltesting.In
mis
p印er,
we
combined如nctional nucleic
∞id
recognition
锄d
c列ytic
RmctiorI'、析th
me
modification
mnction锄d
optical
pmpenies
of
nanopaJticles,aIld
established
di彘rent
f.unctional
nucleic
aCid
senso瑙syStems.
The
first
pan
of
tlle
experiment
focuS
on
builing印talTler
and
nucleic
acid
biosensors
wim
DNAz),me
cataJysis鹊the
signal
t啪sduction.The
catalysis
of【)NAzyme
depends
on
the
fo姗ation
of
G—quadllJplex.IIl
me
experiments,we
diVided
nucleic
acid
sequence
which
f0啪ed
the
G_quadruplex
DNA
enz肿e
into
tw0
pans,锄d
hybrid
t2唱et印tamer
modified
on
the如rface
of
Au
NPs
then
that
is
fixed
on
tlle
Au
NPs
surface.ARer
tlle
ta唱et
is
added,due
t0
the
specific
binding
bet、Ⅳeen
the
adenosine锄d
its
a肿啪er雒weH嬲
binding
between
complementa叫sequence
of
DNA,t11e
preViouS
hybridization
is
broken
down,tllen
t11e
two
part
of
DNAzyme
h勰be明rele嬲ed舶m
surface
of
Au
NPs,finally
after
adding
me
cof.aCtor
Il乏Inlely
hemill,tlle
combination
of
three
lead
to
f0肌ation
of
DNAzyme
wllich
catalyzed
l哪inol
chemil啪ineScence.As
a陀sult,tlle印t锄er辩nsorS
锄d
nucleic∞id
senSors
h硒been
built
iIl
thjs
way.Desi印of
segmented
DN』乜yme
c锄
e侬愆tively
IIeduce
back印啪d
noi辩,imponantly'tlle
entire锄alysis
proce豁is硎ed
out
iIl
a
homogeneo惦system,tllat
me砒塔诵mout∞p盯ation
bef0陀testing锄d∞nsitiVe
(1etection.
11k second
pan妣uS鼯on
detection
of
certain
metal
io璐util汤ng
their
iIltemction
witll
Some
specific
base
pajrS.TWo
tyl)es
of
gold
n觚opanciles、讲tll
DNA
modi6catio璐
we陀勰鸵mbled
togetller
thmugll姐ex仃a
limdllg
Sequence.when
H矿+or
Ag+presentS,
Il
Sensors
Based
on
FunctionaI
NucIeic
Acid
Abstract
they
can
interact
with
thymine
and
c”osine
bases
respectiVely锄d
stabilized
T.T
and
C—C
mismatches
in
the
linking
sequence,which向rther
resulted
in
disassembly
of
the
gold
nanopaticles.Due
to
the
en’ect
of
local
surf-ace
plasmon
resonance
of
the
gold
nanopanicle
bef.0re
and
aRer
the
identification,there
w弱a
significant
shiR of
the
absorption
profiles
and
related
color
ch锄ge
showed
up,which
proVided
a
scheme
for
Visualized
detection
of
the
ions.Furthermore,quatitatiVe
information
of
the
ions
could
be
obtained
through
me嬲ureing
of
the
Uv.Vis
abso叩tion.This
provided
a
facile
tool
for
the锄alysis
of
related
ions.
Ke”vords:mnctional
nucleic
acid,DNAzyme,aptamer,heaVy
metalions,
chemiluminescence,colorimet巧,oligonucleotide
replacement嬲say
Written
by
Zhou
Mengy岫
SuperVised
by
Associate
ProfIessor
Yjm
Jilin
目
录
第一章
引
言……………………………………………………………………………1
1.1生物传感器………………………………………………………………………..1
1.2功能核酸概述……………………………………………………………………..3
1.3功能核酸在传感器中的应用…………………………………………………….4
1.3.1核酸适体……………………………………………………………………4
1.3.2核酶和脱氧核酶…………………………………………………………….9
1.3.3基于碱基错配的功能核酸………………………………………………。15
1.4本文选题内容及意义……………………………………………………………17
第二章本论文研究的目的、步骤和方法………………………………………………19
2.1研究目的…………………………………………………………………………l
9
2.2研究步骤…………………………………………………………………………l
9
2.3实验方法…………………………………………………………………………。l
9
第三章基于脱氧核酶的化学发光传感器……………………………………………..2l
3.1引言………………………………………………………………………………………………………。2l
3.2实验部分…………………………………………………………………………。21
3.2.1实验试剂及仪器…………………………………………………………….2
l
3.2.2溶液配制……………………………………………………………………22
3.2.3实验步骤…………………………………………………………………..23
3.3结果与讨论………………………………………………………………………24
3.3.1基于脱氧核酶的适体传感器研究………………………………………….24
3.2.2基于脱氧核酶的DNA传感器研究………………………………………3l
3.3小结………………………………………………………………………………………………………..34
第四章基于功能核酸的比色法检测金属离子…………………………………………35
4.1引言………………………………………………………………………………………………………..35
4.2实验部分……………………………………………………………………………..36
4.2.1仪器与试剂………………………………………………………………..36
4.2.2溶液配制………………………………………………………………….36
4.2.3实验步骤……………………………………………………………………37
4.3结果与讨论………………………………………………………………………..37
4.3.1实验原理…………………………………………………………………..37
4.3.2金属离子浓度与紫外可见吸收的关系………………………………….39
4.4,J、结………………………………………………………………………………………………………..44
总
结……………………………………………………………………………………………………………..45
参考文献……………………………………………………………………………………一46
攻读学位期间公开发表的论文…………………………………………………………..53
致{射……………………………………………………………………………………………………………一54
基于功能核酸的传感器研究
第一章qI
言
1.1生物传感器
第一章
引
言
生物传感器是指利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜、微
生物、细胞等)作为识别元件,将生化反应转变成可定量的物理、化学信号,从而能
够进行生命物质和化学物质检测和监控的装置1。该研究起源于20世纪60年代,1962
年,Clark和Lyons发表了第一篇关于酶电极的论文2,1967年Updike和Hicl(s3把葡萄
糖氧化酶(GoD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一代生物传感器,即葡
萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成,到二十一世纪,它已经成为
五大临床检验技术之一,集合了生物、化学、物理、医学、电子技术等学科的相关技
术,是多学科交叉结合的产物。
生物传感器主要由两部分组成:生物功能性膜和信号转换器。被分析物扩散进入
固定化生物敏感膜,经分子识别,发生生物化学等反应,产生一次信息继而被相应的
换能器转变成可定量和可处理的电信号,经过检测器放大输出,从而测得待测物的量
的信息。生物传感器的主要功能性元件是生物活性物质,这种物质能够与目标靶分子
产生相互作用,并且将这种相互作用的结果转化成可供检测的物理或化学信息。其主
要传感原理如图1.1所示:
牛物功
能件嘴
信弓。转换器
.电极,二
热敏I扯
光纤,)
J{i
U
l”
,&I『lI馏
矧1.1小物传感器肠渊{
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