1、脫氧核糖核酸(DNA),是含有生物體遺傳信息的染色體主要化學(xué)成分,其結(jié)構(gòu)上的微小變化、差錯都會有可能引起遺傳性狀的改變和各種疾病的出現(xiàn)。對DNA的研究是生命科學(xué)中相當(dāng)重要的一個研究領(lǐng)域,也是遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。DNA生物傳感器利用DNA分子間特異性互補(bǔ)配對規(guī)律實(shí)現(xiàn)了對特定基因片段的快速分析,為分子生物學(xué)研究提供了全新的基因檢測技術(shù),廣泛地應(yīng)用于傳染病監(jiān)測和遺傳病早期診斷等重要領(lǐng)域。目前,DNA生物傳感器研究的主要任務(wù)之一

2、是提高傳感器的靈敏度。納米材料具有新穎的物理、化學(xué)特性,納米材料在DNA生物傳感器中的應(yīng)用可以為高靈敏度的DNA分子檢測提供了優(yōu)異條件。本論文研究的主要內(nèi)容是結(jié)合一些具有優(yōu)異特性的納米材料應(yīng)用于DNA生物傳感器中,探索納米材料在增強(qiáng)DNA雜交反應(yīng)轉(zhuǎn)換信號,構(gòu)建新型DNA電信號測試器件,從而提高DNA檢測的靈敏度方面的作用。
　　第一章緒論部分對DNA生物傳感器和目前納米材料在DNA生物傳感器的研究進(jìn)展進(jìn)行了較為全面的綜述和評價。D

3、NA生物傳感器的機(jī)理是先將已知序列的探針DNA固定在固體基底,在一定條件下使其與溶液中互補(bǔ)的目標(biāo)DNA進(jìn)行雜交反應(yīng),在固體基底上形成穩(wěn)定的雙鏈DNA后,再通過換能器將DNA雜交信號轉(zhuǎn)變成可檢測的識別信號,根據(jù)雜交前后識別信號的變化值來推斷出被測DNA的量。根據(jù)識別信號機(jī)制的不同,DNA生物傳感器可主要分為電化學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、壓電型和懸臂梁DNA生物傳感器。納米材料(納米顆粒、納米線和納米管等)具備獨(dú)特的物理、化學(xué)特性,為研制高靈敏度的

4、DNA生物傳感器提供了非常優(yōu)異的條件。
　　第二章介紹的是Au/MWCNTs納米復(fù)合物修飾電極的研制及其在電化學(xué)DNA雜交檢測中的應(yīng)用。采用簡單的一步還原法制備出AuNPs均勻分散在MWCNTs管壁上的Au/MWCNTs納米復(fù)合物,并制作出其修飾的電極。比較了Au/MWCNTs修飾的、MWCNTs修飾的和無修飾物的三種玻碳電極的電化學(xué)特性。分別采用共價和非共價兩種方式將探針DNA固定在電極表面,并探討了探針DNA不同固定方式對DN

5、A檢測的影響。通過雜交前后電化學(xué)指示劑亞甲基蘭MB的差分脈沖伏安峰電流的變化實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)DNA的檢測。闡明了Au/MWCNTs納米復(fù)合物由于優(yōu)良的導(dǎo)電特性和較高的比表面積,其修飾電極增強(qiáng)電化學(xué)信號,提高DNA檢測靈敏度的機(jī)制。
　　第三章介紹的是一種基于AuNPs薄膜納米間隙的電子學(xué)DNA雜交檢測方法。在梳狀電極表面首先用硅烷化試劑APTES對二氧化硅基底進(jìn)行修飾,然后在基底上均勻鋪上一層間隙較大的AuNPs。在此基礎(chǔ)上,通過“三

6、明治”雜交反應(yīng)的第一步,將修飾上DNA的AuNPs固定到微電極的表面,并與上一層的AuNPs形成納米尺寸的間隙,構(gòu)成能夠用于測量單鏈DNA和雙鏈DNA電信號的納米間隙。目標(biāo)DNA的檢測通過“三明治”雜交反應(yīng)的第二步完成的,通過雜交前后納米間隙電極的電學(xué)特性I-V曲線的變化實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)DNA的檢測。采用掃描電子顯微鏡和電流電壓曲線的表征手段,分析了AuNPs薄膜納米間隙的形成機(jī)制。與雙硫醇的方法制備的AuNPs膜納米間隙相比,“三明治”雜交

7、反應(yīng)制備的AuNPs薄膜納米間隙能夠快速和有效地檢測出目標(biāo)DNA,同時這種DNA電信號生物傳感器具有很高的靈敏度和很好的選擇性。
　　第四章介紹的是在懸臂梁DNA傳感器中,通過“三明治”雜交反應(yīng)引入AuNPs作為“質(zhì)量增強(qiáng)粒子”來放大雜交反應(yīng)信號,從而提高DNA檢測靈敏度。以原子力顯微鏡的硅條形探針為懸臂梁,首先在其表面蒸鍍上一層金薄膜,目標(biāo)DNA通過“三明治”雜交反應(yīng)的第一步將結(jié)合到懸臂梁上,用于放大信號的AuNPs通過“三明治

8、”雜交反應(yīng)的第二步結(jié)合到懸臂梁上。采用了掃描電子顯微鏡和共振頻率峰表征手段對AuNPs的結(jié)合機(jī)理進(jìn)行了分析。利用結(jié)合在硅懸臂梁表面的AuNPs數(shù)量與目標(biāo)DNA的濃度相對應(yīng)的關(guān)系,通過原子力顯微鏡裝置檢測微懸臂梁在空氣中共振頻率峰的變化值來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)DNA的檢測。采用AuNPs增強(qiáng)信號,在保持懸臂梁DNA傳感器選擇性的同時,能夠顯著提高DNA檢測靈敏度,并闡明了AuNPs增強(qiáng)懸臂梁DNA傳感器響應(yīng)信號的理論基礎(chǔ)。
　　第五章介紹的是

9、利用SnO2納米材料增強(qiáng)熒光信號的特性,并用于高靈敏的熒光DNA雜交檢測方法。利用氯金酸在硅表面原位還原生成AuNPs,結(jié)合傳統(tǒng)的光刻技術(shù),得到了分布均勻的圖案AuNPs。再采用化學(xué)氣相沉積的方法,以圖案AuNPs為催化劑,分別制備出圖案SnO2納米棒和Si納米線。探針DNA通過共價鍵和非共價鍵結(jié)合到基質(zhì)表面,并通過熒光圖像的比較,考察了探針DNA固定方式對檢測結(jié)果的影響。比較了SnO2納米材料和Si納米材料在DNA檢測過程中的穩(wěn)定性。