基于环境污染物对DNA损伤筛查的电化学发光传感器的构建

在本文中,进一步发展了以二联吡啶二吡啶并[3,2-a:2',3'-c]吩嗪钌([Ru(bpy)_2dppz]~(2+))为电化学发光指示剂的DNA损伤传感器。将通过S-Au键组装在金电极表面的双链DNA浸泡在[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)溶液中,利用[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)是双链DNA分子"光开关"的特性,得到[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)/DNA/Au电化学发光传感器,并优化了[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)的浸泡时间,浸泡浓度等实验条件。发现在含有[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)的底液中测定其电化学发光强度值比不含[Ru(bpy)_2dppz]~(2+)的底液中增强了6倍左右。此外将此传感器经全氟辛酸磺酸、五溴联苯醚、氧化苯乙烯等物质温浴后,其电化学发光强度显著降低,说明该传感器可用于环境污染物对DNA损伤的筛查测定。     

方波伏安法研究[Ru（bpy）2dppz]2+与DNA的相互作用

合成了含有嵌入配体二吡啶并[3,2-a:2′,3′-c]-吩嗪(dppz)的钌配合物二联吡啶二吡啶并[3,2-a;2′,3′-c]吩嗪钌([Ru(bpy)2dppz]2+),并对其结构和物理化学性质进行了表征。采用方波伏安法研究了[Ru(bpy)2dppz]2+与天然双链小牛胸腺DNA的相互作用,实验结果表明,[Ru(bpy)2dppz]2+配合物的嵌入配体会嵌入DNA的碱基对中,与DNA结合形成体积较大的"金属配合物-DNA"联合体,该联合体在电解质溶液中扩散速度较慢,导致溶液中游离的钌配合物分子减少,峰电流信号降低。计算得到[Ru(bpy)2dppz]2+与DNA的结合常数Ka=1.7×105 L/mol,结合位点n=0.84。     

乙醇/Tris-水中Cu(Ⅱ)对SDS和DNA增强[Ru(bpy)2(dppz)]2+光致发光的调控

应用荧光光谱、荧光显微镜和伏安法研究了乙醇/水体系中Cu(Ⅱ)对十二烷基硫酸钠(SDS)和鱼精DNA增强[Ru(bpy)2(dppz)]2+(bpy=2,2′-联吡啶,dppz=邻联二吡啶[3,2-a:2′,3′-c]吩嗪)光致发光的调控。结果表明,在乙醇/三羟甲基氨基甲烷(Tris)-水(V乙醇∶VTris=1∶5)体系中,DNA和阴离子表面活性剂SDS均能增强[Ru(bpy)2(dppz)]2+的光致发光,其与[Ru(bpy)2(dppz)]2+间的键合常数分别为5.5×105和4.2×102L.mol-1;Cu(Ⅱ)离子能通过DNA和SDS介导的光诱导电子转移淬灭乙醇/水溶液中[Ru(bpy)2(dppz)]2+的光致发光,DNA介导的Stern-Volmer淬灭常数为2.0×105L.mol-1,远远大于SDS介导的淬灭常数(9.0×103L.mol-1)。此外,结合SDS、DNA和Cu(Ⅱ)对[Ru(bpy)2(dppz)]2+在铟锡氧化物(ITO)电极上发生的氧化还原反应的影响,进一步探讨了乙醇/Tris-水中Cu(Ⅱ)对SDS和DNA增强[Ru(bpy)2(dppz)]2+光致发光的调控机理。该研究有助于更好地理解DNA嵌入剂的发光和淬灭机制,为生物分子光开关的构建提供新思路。     

DNA分子“光开关”含钌多吡啶络合物细胞摄取、胞内分布及毒性机理研究

DNA作为遗传信息的载体,了解在细胞核内的组装和结构具有非常重要的意义。目前,使用能够与DNA结合的细胞膜渗透性良好的有机荧光分子作为DNA标记探针是实现这一目标的主要手段。自Barton实验室发现阳离子Ru（Ⅱ）络合物[Ru（bpy）₂（dppz）]²⁺（bpy=2,2'-联吡啶,dppz=多吡啶并吩嗪）能够作为DNA分子"光开关"以来,d⁶八面体多吡啶金属络合物与DNA的结合特性及相关研究,尤其是对这类金属络合物作为高灵敏度和结构特异性DNA探针的研究,便吸引了人们极大的关注。由于这类物质较低的膜渗透性,先前多数研究都只是局限于细胞外,活细胞内DNA直接显像成功的实例较为少见。本课题组发现五氯酚（PCP）和另外两类结构不相关的生化试剂能促进Ru（Ⅱ）多吡啶络合物的细胞特别是细胞核的摄取,[Ru（bpy）₂（dppz）]²⁺/PCP之间的协同核摄取机理可能是形成了较稳定的亲脂性离子对复合物。Ru（Ⅱ）络合物的两种对映异构体在活细胞内与DNA结合后表现出了明显的手性选择性。这是我们首次发现通过以形成离子对复合物的方式将DNA分子"光开关"Ru（Ⅱ）络合物转入活细胞核内并维持其"光开关"效应,可为研究将其他潜在的具有生物医疗效应的细胞膜不通透金属络合物转入细胞内提供一种全新的方法。     

乙醇/Tris-水中Cu(Ⅱ)对SDS和DNA增强[Ru(bpy)2(dppz)]2+光致发光的调控

应用荧光光谱、荧光显微镜和伏安法研究了乙醇/水体系中Cu(Ⅱ)对十二烷基硫酸钠(SDS)和鱼精DNA增强[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺(bpy=2,2′-联吡啶, dppz=邻联二吡啶[3,2-a:2′,3′-c]吩嗪)光致发光的调控。结果表明, 在乙醇/三羟甲基氨基甲烷(Tris)-水 (V_乙醇:V_Tris=1:5)体系中, DNA和阴离子表面活性剂SDS均能增强[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺的光致发光, 其与[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺间的键合常数分别为5.5×10⁵和4.2×10² L·mol^-1;Cu(Ⅱ)离子能通过DNA和SDS介导的光诱导电子转移淬灭乙醇/水溶液中[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺的光致发光, DNA介导的Stern-Volmer淬灭常数为2.0×10⁵ L·mol^-1, 远远大于SDS介导的淬灭常数(9.0×10³ L·mol^-1)。此外, 结合SDS、DNA和Cu(Ⅱ)对[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺在铟锡氧化物(ITO)电极上发生的氧化还原反应的影响, 进一步探讨了乙醇/Tris-水中Cu(Ⅱ)对SDS和DNA增强[Ru(bpy)₂(dppz)]²⁺光致发光的调控机理。该研究有助于更好地理解DNA嵌入剂的发光和淬灭机制, 为生物分子光开关的构建提供新思路。     

快速检测Fenton反应诱导DNA损伤的电化学DNA传感器研究

利用带正电荷的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和带负电荷的小牛胸腺双链DNA(CT-dsDNA)之间的静电吸引作用,将其层层组装到玻碳电极表面,制成电化学DNA传感器,并利用电化学和原子力显微镜(AFM)方法与对DNA的组装进行了表征。以Ru(bpy)23+作为电化学催化剂,检测DNA的损伤,考察了电极在Fenton试剂中的温育时间以及Fenton试剂的浓度对DNA损伤程度的影响。实验表明,Fe2+与H2O2共存时,温育15 min即可较大程度地对DNA造成损伤,且可以检测到的Fenton试剂浓度为5.0×10"5mol/L Fe-SO4/2.0×10"4mol/L H2O2。本方法具有灵敏度高、重现性好等优点。     

新型DNA电化学传感器的研制及其用于DNA氧化性损伤检测的研究

用溶胶-凝胶法在玻碳电极上制备了纳米多孔羟基磷灰石(HAp)-聚乙烯醇(PVA)涂层膜固定双链DNA,得到了一种新型DNA电化学传感器,检测了由Fenton反应引起的DNA氧化性损伤.结果表明,一定量浓度的抗坏血酸(AA)能加速Fenton反应的进行,使DNA损伤很快达到极限;损伤试剂中Fe²⁺的浓度越大,产生的羟基自由基(OH.)越多,对DNA的损伤就越严重;损伤试剂中EDTA的浓度越小,溶液中游离的Fe²⁺以及与DNA键合的Fe²⁺的浓度则相对越大,对DNA的损伤也就越严重.     

基于核酸分子光开关的闭管可视化环介导等温扩增检测方法

该研究采用核酸分子“光开关”［Ru（bpy）2（dppz）］2+作为环介导等温扩增（LAMP）荧光染料,建立了一种快速、直观的闭管可视化LAMP检测方法。为避免高浓度染料对LAMP反应造成的强烈抑制和开盖导致的气溶胶交叉污染,该文采用蜡封反应管进行检测,通过直接观察扩增产物DNA与［Ru（bpy）2（dppz）］2+结合后产生的强烈红色荧光信号判定结果。该方法对金黄色葡萄球菌DNA的检出限可低至20拷贝/反应。方法特异性强,整个可视化检测过程可在1 h内完成,有望广泛应用于环境检测、食品安全、临床诊断等领域的现场快速核酸检测。     

染料敏化La~(3+)掺杂的TiO_2纳米多孔膜光电化学

采用水热法合成了La3+离子掺杂的TiO2 纳米粒子 (La3+掺杂量 0 .5mol% ) ,并用光电化学方法研究了Ru(bpy) 2 (NCS) 2 (bpy =2 ,2’_bipyridy1_4 ,4’_dicarboxylicacid)敏化La3+掺杂的TiO2电极 (简写为La3+_TiO2 )的光电化学行为 .实验证明Ru(bpy) 2 (NCS) 2 敏化La3+_TiO2 复合半导体纳米多孔膜电极的光电转换效率和电池能量转换效率随电极的膜厚增加而提高     

基于Ru（bpy）32+/OMC-Nafion/GCE的电化学传感器对麻黄碱的检测

研究了盐酸麻黄碱（Eph）在有序介孔碳（OMC）/Nafion和三（2,2-联吡啶基）钌（Ⅱ）（Ru（bpy）32＋）复合材料修饰的玻碳电极（GCE）上的电化学行为.I-t结果表明,与电化学发光法检测Eph相比,OMC（分散在0.5%Nafion溶液中）、Ru（bpy）32＋复合物在电化学领域具有更加优异的催化性能.采用循环伏安（CVs）和I-t等方法对修饰电极进行了表征;并研究了Eph在修饰电极上的动力学性质和线性响应范围.Eph氧化峰电流与其浓度在10~550μmol/L范围内成良好线性关系,相关系数为0.995 6,检测限可达8.2μmol/L（信噪比为3）.这种Ru（bpy）32＋/OMC-Nafion/GCE传感器的制备具有节省时间、成本低和操作简单等优点.该电化学传感器对运动员尿样中Eph的灵敏性检测具有潜在的应用价值.     

一个嫁接有羧酸羟基乙基酯的二吡啶吩嗪Ru(II)配合物的合成、与DNA的相互作用以及溶剂变色性质的研究

合成并表征了一个新的Ru(II)配合物[Ru(bpy)₂(hedppc)](ClO₄)₂ {bpy＝2,2'-联吡啶, hedppc＝二联吡啶[3,2-a: 2',3'-c]吩嗪-11-羧酸(2-羟乙基)酯}. 通过紫外-可见吸收光谱、与溴化乙锭竞争实验、粘度测量和DNA裂解实验研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用性质. 结果表明配合物以插入模式与DNA键合,键合常数K_b＝(6.99±1.34)×10⁶ mol^－1•L (s＝2.03±0.04)与母体配合物[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋相近,但光致发光和溶剂变色等光学性质与[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋有明显的差别.     

[Ru(bpy)_2tpphz]~(2+)与Zn~(2+)形成的双核配合物的荧光性质研究

近年来,钌多吡啶配合物与DNA的作用得到了比较广泛的研究,并且发展了一系列具有特定功能的钌配合物犤1犦。如传统的DNA分子光开关犤Ru(bpy)2dppz犦2+和犤Ru(phen)2dppz犦2+犤2,3犦(bpy=2,2'-联吡啶,phen=1,10-菲咯啉,dppz=二吡啶犤3,2-a:2',3'-c犦吩嗪)。这些配合物与DNA具有较强的结合力,在水溶液中几乎不发光,但在DNA存在下则有强烈荧光发出。这是由于配合物插入DNA的碱基对之后,保护了dppz的吡嗪环上的N原子,使其免受水分子的进攻从而导致配合物荧光的恢复。但是对于大多数的多吡啶钌配合物来讲,由于其自身较强的背景荧光或与DN…     

基于催化发卡自组装和 Ru(NH3)63+ 的核酸光电化学灵敏分析

基于催化发卡自组装反应（CHA）和电活性材料[Ru(NH₃)₆]Cl₃,发展了一种“信号增强”型光电化学生物传感器,实现了核酸的灵敏检测. 首先,采用逐层离子吸附法（SILAR）将CdS 固定于TiO₂/ITO 电极表面. 光电材料CdS 不仅能够将TiO₂ 的吸收范围从紫外光区拓展到可见光区,而且还能提高光电转换效率. 之后,通过Cd-S 键将捕获DNA（C-DNA）固定于CdS/ TiO₂/ITO 电极表面. 与此同时,将Au 结合的发卡DNA 探针1（Au-HP1）,发卡DNA 探针2（HP2）和目标DNA（T-DNA）混合物于溶液中进行CHA 反应,得到大量的Au-HP1:HP2 复合物. 再通过Au-HP1:HP2 复合物与C-DNA 的杂交反应将大量的双链DNA 引入到电极表面. 最后,将电活性物质Ru(NH₃)₆³⁺嵌入DNA 的磷酸骨架中,从而使得光电流大幅度的增强. 该光电生物传感器检测核酸的线性范围为10 fmol·L^-1 到 1500 fmol·L^-1,检测线为6.19 fmol·L^-1,在生物分析、新药筛选以及疾病的早期诊断等方面具有潜在的应用前景.     

Ru(bipy)_2(dppz)~(2+)与DNA相互作用的光谱研究

利用荧光和紫外可见吸收光谱研究了 Ru( bipy) 2 ( dppz) 2 +与 DNA之间的插入键合作用。结果表明 ,Ru( bipy) 2 ( dppz) 2 +是通过 dppz配体插入到 DNA的双螺旋结构中。而且 ,一定浓度的 Fe( CN) 4 - 6 和 Na Cl对 Ru( bipy) 2 ( dppz) 2 +- DNA复合物的荧光无猝灭作用 ,这一结果也证实了 Ru( bipy) 2 ( dppz) 2 +和 DNA之间的插入键合作用     

量子点CdS电化学发光传感器对DNA损伤研究

研制了用于研究DNA损伤的电化学发光传感器。在0.1 mol/L CdCl2和0.02 mol/L Na2S2O3(0.1mol/L HCl调节至pH 2～3,50℃)溶液中,采用循环伏安法(CV)在玻碳电极表面原位沉积硫化镉纳米晶,构建了硫化镉纳米晶修饰的电极界面(CdS QDs/GCE);以半胱氨酸为连接剂,利用羧氨键(CONH)将氨基修饰的短链DNA组装到CdS表面(DNA/CdS QDs/GCE)。以H2O2为共反应剂,利用电化学发光方法研究了全氟辛烷磺酸对DNA的损伤。结果表明,全氟辛烷磺酸温浴后的双链DNA修饰硫化镉的电化学发光信号强度介于单链和双链DNA之间,且随着全氟辛烷磺酸浓度的增加,电化学发光信号值变大,同时电化学阻抗曲线显示全氟辛烷磺酸致电极界面的电子传递性能降低。可以推测,PFOS可能导致DNA链的扭曲或断裂。     

Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

甲醇-联吡啶钌(II)体系的电致化学发光研究

研究了碱性溶液中甲醇-联吡啶钌(II)[Ru(bpy)3^2^+]的电致化学发光行为。在玻碳电极上甲醇于+1.28V(vs.Ag/AgCl)处被氧化为甲氧基离子(CH3O.), 该自由基离子发生歧化反应, 生成激发态的甲醛(HCHO), 发出波长为545nm的光。另一方面当体系含有少量的Ru(bpy)3^2^+时会得到较强的发光信号, 发光波长为608nm, 该发光起因于在甲醇的氧化电位下, Ru(bpy)3^2^+被氧化成Ru(bpy)3^3^+, CH3O.与Ru(bpy)3^3^+反应, 生成激发态的Ru(bpy)3^2^+而发光。     

甲醇-联吡啶钌(II)体系的电致化学发光研究

研究了碱性溶液中甲醇-联吡啶钌(II)[Ru(bpy)3^2^+]的电致化学发光行为。在玻碳电极上甲醇于+1.28V(vs.Ag/AgCl)处被氧化为甲氧基离子(CH3O.), 该自由基离子发生歧化反应, 生成激发态的甲醛(HCHO), 发出波长为545nm的光。另一方面当体系含有少量的Ru(bpy)3^2^+时会得到较强的发光信号, 发光波长为608nm, 该发光起因于在甲醇的氧化电位下, Ru(bpy)3^2^+被氧化成Ru(bpy)3^3^+, CH3O.与Ru(bpy)3^3^+反应, 生成激发态的Ru(bpy)3^2^+而发光。     

一个嫁接有羧酸羟基乙基酯的二吡啶吩嗪Ru(II)配合物的合成、与DNA的相互作用以及溶剂变色性质的研究

合成并表征了一个新的Ru(II)配合物[Ru(bpy)₂(hedppc)](ClO₄)₂ {bpy＝2,2'-联吡啶, hedppc＝二联吡啶[3,2-a: 2',3'-c]吩嗪-11-羧酸(2-羟乙基)酯}. 通过紫外-可见吸收光谱、与溴化乙锭竞争实验、粘度测量和DNA裂解实验研究了配合物与小牛胸腺DNA的相互作用性质. 结果表明配合物以插入模式与DNA键合，键合常数K_b＝(6.99±1.34)×10⁶ mol^－1•L (s＝2.03±0.04)与母体配合物[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋相近，但光致发光和溶剂变色等光学性质与[Ru(bpy)₂ (dppz)]^2＋有明显的差别.     

人类免疫缺陷病毒基因的碳糊电极快速检测

在固定电压下，将单链DNA固定在活化的碳糊电极（CPE）表面，以电活性物质Co(bpy)3(ClO4)3为指示剂（bpy为联吡啶），研究了单链DNA电极(ssDNA-CPE)、双链DNA电极（dsDNA-CPE)的指示剂还原峰电流变化；研究了在一定电压下，杂交时间对指示剂的电化学信号的影响，实现了用DNA电化学传感器快速检测人类免疫缺陷病毒（HIV）基因的初步探索。