生物电分析新方法与技术研究及仪器研制

生物电分析化学是一门利用生物分子作为识别元件、通过生物反应后电极过程产生的信号的变化对未知物质进行定性、定量分析的学科.目前常用的生物识别元件有酶、核酸(包括核酸适配体)、抗体、受体等,而可供检测的信号广义上包括电流、电阻、光电流和电化学发光等.在过去5年的工作中,我们针对生命科学、临床检验和环境监测等实际应用领域,分别研究了电化学酶传感器、光电化学核酸损伤传感器和电化学发光免疫检测的原理与技术,并研制了相应的检测仪器.     

光电化学DNA传感器快速检测聚苯乙烯纳米球溶液诱导的DNA损伤

近年来,随着纳米科技的发展,纳米材料逐渐有了广泛的应用.然而,动物实验和细胞实验的结果表明,许多纳米材料存在潜在的毒性.我们用实验室先前建立的光电化学DNA传感器快速检测了聚苯乙烯纳米球溶液诱导的DNA损伤.在这个传感系统中,我们通过静电组装的方式将双链DNA膜组装到纳米SnO2半导体电极上,然后使用一种DNA双链嵌入剂,即Ru（bpy）2（dppz）2＋（bpy=2,2＇-bipyridine,dppz=dipyrido[3,2-a：2＇,3＇-c]phenazine）作为光电信号分子.当电极上的DNA膜暴露于2.0mg/mL的聚苯乙烯纳米球溶液1小时后,电极的光电信号下降了将近20%.光电流的下降是由于DNA膜受到损伤,使得嵌入到电极表面的Ru（bpy）2（dppz）2＋信号分子的量减少所导致的.凝胶电泳的实验结果也表明,DNA与聚苯乙烯纳米球溶液孵育后产生了化学损伤.然而,光电化学传感器与凝胶电泳的结果同时还表明,多次清洗后的聚苯乙烯纳米球溶液并不会导致DNA损伤,而未清洗的聚苯乙烯纳米球溶液的上清液却可以导致与聚苯乙烯纳米球溶液大致相当的DNA损伤.清洗后上清液的紫外吸收光谱显示其中含有杂质,且呈现出与氧化苯乙烯类似的特征吸收,而氧化苯乙烯是一种已知的DNA加合损伤试剂.因此,上清液中存在的氧化苯乙烯等杂质可能是导致DNA损伤的主要原因.本研究表明,在进行纳米材料的毒理学研究之前,对于材料的充分表征是非常有必要的.我们报道了光电化学传感器在快速评价纳米材料在DNA损伤上的应用.