基于dna分子导线的纳米生物传感器

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1、生物物理学报第二十五卷第四期二九年八月ACTABIOPHYSICASINICAVol.25No.4Aug.2009基于DNA分子导线的纳米生物传感器王以明1,2，庞小峰1，张玉玉2(1.电子科技大学生命科学与技术学院，成都610054；2.成都理工大学材料与化学化工学院，成都610059)摘要：DNA分子导线具有独特的导电性能和塞贝克(Seebeck)效应，它是构筑电化学纳米生物传感器和热电偶生物传感器的理想材料。文章简要介绍了DNA分子导线的制备方法及导电机理，以及基于DNA分子导线的纳米生物传感器的分子识别机制，着重分析了基于DNA分子导线的纳米生物传感器的传感原理。文章还介绍了基于

2、DNA分子导线的纳米生物传感器在基因分析、单碱基突变检测等方面的应用。关键词：DNA分子导线；导电机理；纳米生物传感器；分子杂交中图分类号：TP21230引言M-DNA的线性复合物。复合物中的二价金属阳离子又能被乙二胺四乙酸钠(EDTA)置换出来，形成B-DNA，且这个过程是可逆的[17]。Lee等[18]研究DNA是遗传信息的载体，具有一维的纳米线性结构、稳定的物理化学性质、自组装和识别能力发现M-DNA具有较强的导电能力，此外，文献[19,20]还表明，锌、镍和钴离子能进入到DNA的等特性，尤其是它的自组装、识别能力和奇特的双螺旋结构适宜于作为纳米尺度电子装置的有源元双螺旋中心，形成DN

3、A含有金属离子的状态，从件[1～7]。以DNA作为模板或以DNA为有源元件而获得M-DNA分子导线。M-DNA的结构(图1)基于以下实验结果[17,21,22]可以证实：“自下而上(bottom-up)”构筑纳米分子电路、纳米机器和纳米装置，如DNA分子开关、DNA导线1)M-DNA与B-DNA具有相似的吸收光谱和和DNA计算机等已经引起了人们的巨大兴趣[8～11]，CD色谱。它将成为分子电子学最有前途的研究对象之一。2)线性或闭合环的M-DNA与B-DNA有着相同的迁移率，说明M-DNA也是右手螺旋结构。3)所有序列(除聚d(AT)外)都能形成1DNA分子导线M-DNA，加入EDTA又还原

4、为B-DNA。4)次黄嘌呤、6-甲基腺嘌呤、2,6-二氨基嘌DNA分子导线的制备方法有两种：一是利用呤、7-氮杂腺嘌呤和7-氮杂鸟嘌呤等碱基可通过在DNA表面上覆盖纳米金属颗粒的方法合成导电Waston-Crick配对，形成稳定的M-DNA。因此，的DNA链[12,13]，由于DNA分子完全被金属覆盖，M-DNA是由A-T和G-C配对形成Watson-Crick失去了DNA特异性结合能力和识别能力。二是将螺旋结构，而不是Hoogsteenorwobble结构。二价阳离子或电活性物质掺入到DNA分子的双螺5)溴乙锭不能与M-DNA结合。旋结构中，形成DNA分子导线。本文主要介绍在6)每一个碱基

5、对结合二价金属阳离子后都释DNA双螺旋结构中掺杂二价金属阳离子而构成的放一个质子，NMR显示亚氨基质子被替换了，这M-DNA分子导线，或掺杂电活性物质于DNA分证实了金属离子位于双螺旋结构中心，并与T的子，形成基于“供体-桥-受体”N3和G的N1配位。[14～16]的DNA分子(Donor-Bridge-AcceptorDBA)导线。1.1M-DNA分子导线收稿日期：2008-11-12M-DNA分子导线是指在pH≥8条件下，基金项目：四川省重点科技攻关项目(2006z02-0101-2)B-DNA分子中T和G的亚氨基质子[17]被二价金属通讯作者：王以明，电话：(028)84079012，

6、阳离子(Ni2+，Cu2+或Co2+)取代，从而获得E-mail：wangyiming.w@163.com256生物物理学报2009年－2H+Zn2+,Co2+,Ni2+,pH≥8EDTAZn2+,Co2+,Ni2+B-DNAM-DNAFig.1TheformationofM-DNAbymetalionbindingtoB-DNA1.2基于DBA传递电子的DNA分子导线DNA分子结合，从而形成具有“供体-桥-受体”基于DBA的DNA分子导线是指在DNA分子结构的分子导线（图2）。中掺入电子供体和受体，通过电子供体、受体与eeAcceptorDonorFig.2Schematicdiagram

7、ofDNAwiresbasedonthestructuresofDonor-Bridge-Acceptor基于DBA的DNA分子导线，电子的转移受质后能导电，不同DNA分子片段的导电能力和电诸多因素的影响，比如：碱基组成，DNA构型子的传输方式是不相同的，并解释了电子传输的可（发夹、线形或闭合环状），电子偶合能力（β），能机理。在通常情况下，DNA分子导线导电的机供体、受体与DNA匹配问题，溶液介质，桥理有一