基于功能核酸的重金属离子电化学生物传感器研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M130208490上海海洋大学硕士学位论文基于功能核酸的重金属离子电化题目：学生物传感器研究Studiesoftheelectrochemical英文题目：biosensorsbasedonfunctionalnucleicacidsforheavymetaldetection专业：食品科学与工程研究方向：生物传感器姓名：禹亚莉李燕教授指导教师：吴继魁副教授二O一六年五月二日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的

2、指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注周培根上海海洋大学教授主席杨宪时东海水产研究所研究员委员常行五上海鱼品厂高工委员吴文琼上海科华生物有限公司副研究员委员齐自元上海海洋大学讲师秘书上海海洋大学硕士学位论文基于功能核酸的重金属离子电化学生物传感器

3、研究摘要重金属污染指由重金属或其化合物形成的环境污染，主要来源于工业污染，交通污染和生活垃圾污染等。生活中不少有机化合物能够通过自身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除，但是重金属污染与有机化合物的污染不同，重金属污染很难在环境中降解。这些重金属通过水、空气、土壤等途径进入动植物体内，最终通过食物链进入人体内，在人体内能与蛋白质及各种酶产生剧烈的相互作用，使蛋白质或酶失去活性；也可能在人体的某些器官中富集，假如超过人体所能承受的限制，会造成人身体不适或中毒等。传统的重金属检测方法主要有原子吸收光谱（At

4、omicAbsorptionSpectroscopy,AAS）、电感耦合等离子体质谱(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry,ICP-MS)、荧光法(fluorescence)等，尽管这些方法的灵敏度高，但通常需要大型仪器、复杂的样品前处理、专业的人工操作技能、耗时耗力。因此，研究高灵敏度、高特异性、操作简单的重金属离子检测方法受到高度关注，目前学者们对检测重金属离子进行了广泛的研究，期望对环境及食品中重金属离子能够快速高效的检测。功能核酸指能与特定目标高特异性结合、或者

5、具有催化功能的核酸。本文运2+用具有催化活性的DNAzyme和基于T-Hg-T配合物的双链DNA作为特异性识别元件，在电化学交流阻抗谱（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy,EIS）、石英晶体微天平（QuartzCrystalMicrobalance,QCM)和计时电量（Chronocoulometry）2+2+高灵敏的电化学平台上，成功构建了检测Cu和Hg的高灵敏生物传感器，为食品和环境中铜和汞的检测提供了快速、简便、经济的分析方法。研究内容如下：2+1.基于DNAzyme和

6、电化学阻抗高灵敏检测Cu生物传感器的研究设计及研究了一种基于DNAzyme和电化学阻抗（electrochemicalimpedance2+spectroscopy，EIS）的简单、无标记的检测水溶液中Cu生物传感器。将带有巯2+2+基的Cu特异识别的DNAzyme通过Au-S键自组装在金电极的表面，当Cu存在时，DNAzyme链被切断，可以观察到由于电子传递而影响的电阻强度变化，阻抗I上海海洋大学硕士学位论文2+信号的变化与Cu浓度有关。此传感器显示出高灵敏度和选择性，检测限为5nM，2+远低于美国环境保护局（

7、EPA）规定的Cu浓度（~20nM）。同时其他金属离子，2+2+2+3+2+2+2+2+2+例如Ca,Mg,Mn,Cr,Pb,Zn,Co,和Ni对Cu的检测几乎没有影响。2+2.基于DNAzyme与石英晶体微天平检测水溶液中Cu生物传感器的研究石英晶体微天平（QuartzCrystalMicrobalance,QCM）检测法简便、极速、实时测定，是一种能够检测纳克级质量变化的超高灵敏技术，因此成为化学领域和2+分子生物学的有效手段之一。本章以Cu特异识别的DNAzyme为元件，在QCM2+平台上设计了一种快速、经

8、济、实时检测水溶液中Cu的生物传感器。运用自组2+装法将双链DNA固定在晶片电极表面，在室温下能被Cu在切割位点处切断。由于晶片表面的质量发生了变化，QCM可以很灵敏地检测到共振频率发生改变，△F2+2+2+值与Cu浓度成正比，体系检测限为3nM。同时其他金属离子，如Co,Ni，2+2+2+2+2+2+Mg,Zn,Ca、Mn和Pb对Cu的检测没有影响。此生物传感器表现出很