分析化学专业优秀论文分析化学专业优秀论文 核酸修饰电极生物传感器与活体大脑的电核酸修饰电极生物传感器与活体大脑的电化学探测化学探测关键词：核酸修饰电极关键词：核酸修饰电极 电化学电化学 生物传感器生物传感器 分析化学分析化学摘要：本文对核酸分子的性质及其在化学传感器 (尤其是电化学传感器) 领域 中的应用以及大脑内神经递质的探测研究进行了较为细致的综述，在此基础上 开展了以脱氧核糖核酸 (DNA)、核糖核酸 (RNA) 和核酸碱基等为修饰物的电化 学传感器研究。借助扫描电镜 (SEM) 及 X 射线光电子能谱(XPS)等表面分析技 术、循环伏安 (CV) 和差分脉冲伏安 (DPV) 等电化学手段进行了电极结构与性 质的表征，研究了神经递质多巴胺 (DA)、肾上腺素 (EP)、去甲肾上腺素 (NE) 和其他生物活性小分子尿酸 (UA)、抗坏血酸 (AA)、色氨酸 (Trp)及酪氨酸 (Tyr) 等物质的电化学行为，并制备了胆碱 (Ch) 与 Nation 结合的双层膜修饰 碳纤超微电极，初步进行了小鼠大脑内 DA 释放的检测。具体包括如下内容： 采用循环伏安电化学聚合法得到了二聚对氨基苯磺酸 (Pp-ABSA)，并以此为基 础进一步沉积小牛胸腺 DNA 薄层得到了双层复合膜修饰玻碳电极(DNA/Pp- ABSA/GCE)。研究发现，Pp-ABSA 在 GCE 表面呈树枝状分形结构，组成颗粒直径 约 200 nm 的纳米点阵，纳米点呈现良好导电性，对 DA、UA 有一定的催化作用。 而双层膜修饰电极 DNA/Pp-ABSA/GCE 对 UA、DA 和 AA 有强烈的电催化氧化作用， 使三者的 DPV 氧化峰分别出现在 0.308、0.172 和-0.004 V (vsSCE)，因而能 够进行同时测定。该电极对 DA 有明显的表面富集和增强电流响应的作用，而对 AA 有强烈的排斥和降低干扰的作用，能在 1000 倍 AA 共存时选择性测定 DA 和 UA，检测限分别为 88 nmol/L 和 0.19 mol/L，电流灵敏度比单层修饰电极 DNA/GCE 和 Pp-ABSA/GCE 分别高 4 倍和 5 倍，双层膜修饰电极的优秀催化能力 来自于 DNA 层和 Pp-ABSA 层的协同作用。 在 GCE 上恒电位电沉积 RNA 制备了 RNA 修饰电极 (RNA/GCE)。条件实验表明，RNA 在电极表面进行共价固载的优化 电位为 1.8V (vs SCE)，和 DNA 的固载情况相近。RNA/GCE(1.8V) 对 AA、DA 和 UA 的氧化具有强烈的电催化作用，使三者的 DPV 氧化峰分别出现在- 0.016，0.168 和 0.312 V。该电极对 DA 有强烈的表面富集作用，能大大提高 测定灵敏度，同时对 AA 具有优秀的排斥作用，能降低 AA 阴离子的催化电流因 而提高干扰的能力，可在大量 AA (约 5000 倍) 共存下同时测定 DA 和 UA 的浓 度：在 2.0 mmol/L，AA 共存时 DA 的浓度线性范围为 0.3736 mol/L (检测 限为 0.2mol/L)，UA 的浓度线性范围为 0.7473mol/L (检测限为 0.36 mol/L)。RNA/GCE(1.8 V)同时表现了优秀的选择性、高的灵敏度和高的稳定 性。制备了系列核酸修饰电极，包括 ct-DNA/GCE、RNA/GCE、寡聚核苷酸修饰 电极 poly(dA)/GCE、poly(dT)/GCE、poly(dG)/GCE、poly(dC)/GCE、以及腺嘌 呤 (Ade)，胸腺嘧啶 (Thy)，鸟嘌呤 (Gua)，胞嘧啶 (Cyt)，尿嘧啶 (Ura) 单 碱基修饰的 GCE，考察它们对 Trp 的电化学催化传感能力。详细比较发现，核 酸尤其是富含鸟嘌呤核苷 (G) 和胞嘧啶核苷 (C) 碱基片段的核酸修饰的电极， 对 Trp 的氧化有良好的催化作用；嘌呤碱基、嘧啶碱基修饰的电极也都对 Trp 有催化氧化作用，因此证明了核酸修饰层的催化作用并不仅在于其特定的序列 和构象，核酸的基本构建模块-碱基，应该是产生催化作用的基本元素。详细 研究了尿嘧啶共价修饰电极对 Trp，Tyr，AA，DA，Ep，NE,等小分子的电催化氧化作用，从分子相互作用和分子识别的角度对其催化机理进行了探讨，表明 催化能力和传感性能与分子的结构密切相关，具有六元含 N 杂环结构的分子能 更容易与固载在电极表面的尿嘧啶残基通过氢键和 电子相互作用，初步揭示 了分子“手臂”的作用。 最后，制备了碳纤维柱电极、盘电极、以及刻蚀纳 米电极，并制备了胆碱共价修饰的碳纤维电极 (Ch/CFME)，进而吸附涂敷 Nafion 纳米薄层得到 Nafion/Ch/CFME。该电极修饰，利用 Ch 单分子层和 Nafion 层正负电荷之间的静电相互作用，得到了牢固结合的双层，同时，结合 了胆碱层的高催化氧化 DA 作用和 Nation 层排斥 AA 和 DA 的代谢物等阴离 子的作用，具有良好的活体检测性能。将该电极成功地运用于检测小白鼠大脑 内的神经递质 DA 的释放，检测到了纹状体内 DA 的电化学信号，并发现针刺 激矢状缝附近的间脑处头皮，能观测到明显的 DA 释放脉冲。正文内容正文内容本文对核酸分子的性质及其在化学传感器 (尤其是电化学传感器) 领域中 的应用以及大脑内神经递质的探测研究进行了较为细致的综述，在此基础上开 展了以脱氧核糖核酸 (DNA)、核糖核酸 (RNA) 和核酸碱基等为修饰物的电化学 传感器研究。借助扫描电镜 (SEM) 及 X 射线光电子能谱(XPS)等表面分析技术、 循环伏安 (CV) 和差分脉冲伏安 (DPV) 等电化学手段进行了电极结构与性质的 表征，研究了神经递质多巴胺 (DA)、肾上腺素 (EP)、去甲肾上腺素 (NE) 和 其他生物活性小分子尿酸 (UA)、抗坏血酸 (AA)、色氨酸 (Trp)及酪氨酸 (Tyr) 等物质的电化学行为，并制备了胆碱 (Ch) 与 Nation 结合的双层膜修饰碳纤超 微电极，初步进行了小鼠大脑内 DA 释放的检测。具体包括如下内容： 采用 循环伏安电化学聚合法得到了二聚对氨基苯磺酸 (Pp-ABSA)，并以此为基础进 一步沉积小牛胸腺 DNA 薄层得到了双层复合膜修饰玻碳电极(DNA/Pp-ABSA/GCE)。 研究发现，Pp-ABSA 在 GCE 表面呈树枝状分形结构，组成颗粒直径约 200 nm 的 纳米点阵，纳米点呈现良好导电性，对 DA、UA 有一定的催化作用。而双层膜修 饰电极 DNA/Pp-ABSA/GCE 对 UA、DA 和 AA 有强烈的电催化氧化作用，使三者的 DPV 氧化峰分别出现在 0.308、0.172 和-0.004 V (vsSCE)，因而能够进行同 时测定。该电极对 DA 有明显的表面富集和增强电流响应的作用，而对 AA 有强 烈的排斥和降低干扰的作用，能在 1000 倍 AA 共存时选择性测定 DA 和 UA，检 测限分别为 88 nmol/L 和 0.19 mol/L，电流灵敏度比单层修饰电极 DNA/GCE 和 Pp-ABSA/GCE 分别高 4 倍和 5 倍，双层膜修饰电极的优秀催化能力来自于 DNA 层和 Pp-ABSA 层的协同作用。 在 GCE 上恒电位电沉积 RNA 制备了 RNA 修 饰电极 (RNA/GCE)。条件实验表明，RNA 在电极表面进行共价固载的优化电位 为 1.8V (vs SCE)，和 DNA 的固载情况相近。RNA/GCE(1.8V) 对 AA、DA 和 UA 的氧化具有强烈的电催化作用，使三者的 DPV 氧化峰分别出现在-0.016，0.168 和 0.312 V。该电极对 DA 有强烈的表面富集作用，能大大提高测定灵敏度，同 时对 AA 具有优秀的排斥作用，能降低 AA 阴离子的催化电流因而提高干扰的能 力，可在大量 AA (约 5000 倍) 共存下同时测定 DA 和 UA 的浓度：在 2.0 mmol/L，AA 共存时 DA 的浓度线性范围为 0.3736 mol/L (检测限为 0.2mol/L)，UA 的浓度线性范围为 0.7473mol/L (检测限为 0.36 mol/L)。RNA/GCE(1.8 V)同时表现了优秀的选择性、高的灵敏度和高的稳定 性。制备了系列核酸修饰电极，包括 ct-DNA/GCE、RNA/GCE、寡聚核苷酸修饰 电极 poly(dA)/GCE、poly(dT)/GCE、poly(dG)/GCE、poly(dC)/GCE、以及腺嘌 呤 (Ade)，胸腺嘧啶 (Thy)，鸟嘌呤 (Gua)，胞嘧啶 (Cyt)，尿嘧啶 (Ura) 单 碱基修饰的 GCE，考察它们对 Trp 的电化学催化传感能力。详细比较发现，核 酸尤其是富含鸟嘌呤核苷 (G) 和胞嘧啶核苷 (C) 碱基片段的核酸修饰的电极， 对 Trp 的氧化有良好的催化作用；嘌呤碱基、嘧啶碱基修饰的电极也都对 Trp 有催化氧化作用，因此证明了核酸修饰层的催化作用并不仅在于其特定的序列 和构象，核酸的基本构建模块-碱基，应该是产生催化作用的基本元素。详细 研究了尿嘧啶共价修饰电极对 Trp，Tyr，AA，DA，Ep，NE,等小分子的电催化 氧化作用，从分子相互作用和分子识别的角度对其催化机理进行了探讨，表明 催化能力和传感性能与分子的结构密切相关，具有六元含 N 杂环结构的分子能 更容易与固载在电极表面的尿嘧啶残基通过氢键和 电子相互作用，初步揭示 了分子“手臂”的作用。 最后，制备了碳纤维柱电极、盘电极、以及刻蚀纳米电极，并制备了胆碱共价修饰的碳纤维电极 (Ch/CFME)，进而吸附涂敷 Nafion 纳米薄层得到 Nafion/Ch/CFME。该电极修饰，利用 Ch 单分子层和 Nafion 层正负电荷之间的静电相互作用，得到了牢固结合的双层，同时，结合 了胆碱层的高催化氧化 DA 作用和 Nation 层排斥 AA 和 DA 的代谢物等阴离 子的作用，具有良好的活体检测性能。将该电极成功地运用于检测小白鼠大脑 内的神经递质 DA 的释放，检测到了纹状体内 DA 的电化学信号，并发现针刺 激矢状缝附近的间脑处头皮，能观测到明显的 DA 释放脉冲。 本文对核酸分子的性质及其在化学传感器 (尤其是电化学传感器) 领域中的应 用以及大脑内神经递质的探测研究进行了较为细致的综述，在此基础上开展了 以脱氧核糖核酸 (DNA)、核糖核酸 (RNA) 和核酸碱基等为修饰物的电化学传感 器研究。借助扫描电镜 (SEM) 及 X 射线光电子能谱(XPS)等表面分析技术、循 环伏安 (CV) 和差分脉冲伏安 (DPV) 等电化学手段进行了电极结构与性质的表 征，研究了神经递质多巴胺 (DA)、肾上腺素 (EP)、去甲肾上腺素 (NE) 和其 他生物活性小分子尿酸 (UA)、抗坏血酸 (AA)、色氨酸 (Trp)及酪氨酸 (Tyr) 等物质的电化学行为，并制备了胆碱 (Ch) 与 Nation 结合的双层膜修饰碳纤超 微电极，初步进行了小鼠大脑内 DA 释放的检测。具体包括如下内容： 采用 循环伏安电化学聚合法得到了二聚对氨基苯磺酸 (Pp-ABSA)，并以此为基础进 一步沉积小牛胸腺 DNA 薄层得到了双层复合膜修饰玻碳电极(DNA/Pp-ABSA/GCE)。 研究发现，Pp-ABSA 在 GCE 表面呈树枝状分形结构，组成颗粒直径约 200 nm 的 纳米点阵，纳米点呈现良好导电性，对 DA、UA 有一定的催化作用。而双层膜修 饰电极 DNA/Pp-ABSA/GCE 对 UA、DA 和 AA 有强烈的电催化氧化作用，使三者的 DPV 氧化峰分别出现在 0.308、0.172 和-0.004 V (vsSCE)，因而能够进行同 时测定。该电极对