DNA电致化学发光分析方法研究
电致化学发光(ECL)是在化学发光基础上发展起来的一种新的分析方法,它
是化学发光与电化学相结合的产物,兼具化学发光和电化学分析的优点,同时又
延伸出一些独特的优势,例如灵敏度高、抗干扰能力强、重现性好、可进行原位现场分析、动态范围宽等。

自2002年有关Si纳米粒子的ECL研究被报道以来,半导体纳米晶(SNCs)作为新型的ECL材料近年来备受关注。

与传统的分子发射物相比,半导体纳米晶有着独特的优点,例如尺寸/表面缺陷控制的发光、无光漂白、稳定性好。

因此,基于半导体纳米晶的ECL已经被广泛地应用于生物传感和生物分析中。

本论文研究了多种SNCs的ECL性能,并以这些物质为ECL发光体,结合DNA杂交技术、界面能量转移技术和酶的循环放大技术,实现了 DNA的序列识别及含量测定,为新型DNA传感器的开发提供了新的思路和方法。

1.基于金纳米粒子和等温循环双重放大的超灵敏ECL法检测DNA将具有等温放大效应的“DNA机器”与Au 纳米粒子对CdS半导体纳米晶膜ECL距离可控的猝灭与增强现象相结合,发展了一种新型超灵敏的ECL DNA传感界面。

ECL体系中的这种界面能量转移给生物识别元件的转换提供了一种新的方法,且等温DNA放大反应可以在室温条件下进行,因此避免了热循环的一些要求。

此研究结果不仅为超低浓度DNA检测提供了一种新的方法,还给DNA生物传感器对其他分析物的检测带来广阔的应用前景。

2.基于等温循环放大和双纳米粒子标记的三茎式探针的超灵敏单核苷酸多态性ECL检测方法基于等温循环协助的标
记有Au和CdTe两种纳米粒子(NPs)的三茎式探针,我们研发了一种新型的电致化学发光(ECL)检测单核昔酸多态性的方法。

本体系是由电极表面的CdS纳米晶(NCs)膜作为电致化学发光体,然后,将标记Au NPs的二倍茎结构探针DNA连接到纳米晶膜上,最后再与标记CdTe NPs的DNA链杂交形成三茎式结构的探针DNA。

此时的Au NPs和CdTe NPs对于CdS NCs 膜的ECL有着能量转移双猝灭作用,因此,极大地降低了背景信号值。

当基因突变的DNA(m-DNA)序列作为SNP的检测物出现时,三茎式结构的探针DNA就会被打开,标记CdTe NPs的DNA链将会被取代,而Au NPs也会远离CdS NCs膜,此时ECL
导致的Au NPs表面等离子场将会增强ECL信号,然后在溶液中引物、聚合酶、内切酶的等温循环扩大的协助下,ECL信号有了更进一步的提高。

当这种能量转移的三茎式探针体系与“DNA机器”结合后,提高了对SNP检测的选择性和灵敏度,对m-DNA的检测限低达35 aM。

该方法为研制新的高灵敏度、特异性的生物传感器件开辟了道路。

3.基于CdS:Eu纳米晶和Au纳米棒之间ECL-RET效应的超灵敏DNA分析方法本工作使用CdS:Eu纳米晶(NCs)作为电致化学发光(ECL)能量供体、Au纳米棒(AuNRs)作为ECL受体,设计了一种新颖的电致化学发光共振能量转移(ECL-RET)体系。

具有高消光系数的AuNRs的吸收波谱可以通过改变纳米棒的纵横比而较易地被调控,使其与CdS:Eu NCs膜的ECL发射波谱达到很好地匹配,从而获得高效率的ECL-RET。

这里我们使用6-碱基对的茎和12、30、45核苷的环结构的分子信标DNA,研究了 NCs-ECL和不同Au纳米粒子之间由光谱、距离和形状决定的ECL-RET的效率。

在优化的条件下,该ECL-RET体系被用于超灵敏、特异性的靶DNA检测,给临床分析带来了重要的应用前景。

4.基于目标分子循环放大和DNA酶猝灭效应的ECL传感器我们通过带有负电荷的3-巯基丙酸(MPA)修饰的CdS:EuNCs和带有正电荷的PDDA/石墨烯之间的静
电相互作用,制备了新型的K-掺杂石墨烯-NCs(K-GR-NCs)复合物。

这里,K-掺杂石墨烯纳米材料能够加速电极表面的电子传递,因此在玻碳电极(GCE)表面组装的K-GR-NCs复合物膜增加电极的有效面积,增强了 ECL信号。

然后我们将K-掺杂石墨烯-CdS:EuNCs复合物和核酸内切酶(NEase)辅助的链切断循环相结合,基于G-四链体/血晶素的DNA酶作为电化学催化剂用于还原CdS:EuNCsECL的共反应剂H202,发展了一种简单、无需标记、超灵敏和特异性的DNA生物传感器。