生物傳感器以其獨特的分子識別特性被廣泛的應用到疾病診斷和治療,環(huán)境檢測和生命過程研究等多個領域。許多科研工作者已經(jīng)將自然界中具有特殊識別功能的核酸、蛋白等生物材料應用到了生物傳感領域中。特別是核酸材料具有獨特的堿基配對識別能力和高度的可編輯性,為其在生物傳感中的應用提供了巨大的優(yōu)勢。但是,傳感界面的分子識別系統(tǒng)受到了靶標分子擴散,核酸探針完整性以及核酸探針活性和核酸探針構象等多方面的影響。通過調控傳感界面的分子識別,可以實現(xiàn)生物傳感器的檢測靈敏度,檢測限和檢測選擇性等的提高和其更廣泛的應用。因而,為了提高傳感系統(tǒng)的傳感性能和應用范圍,我們將從以下幾個方面對分子識別的能力進行調節(jié)。（1）傳感界面的擴散問題一直影響著傳感器的檢測性能,為此出現(xiàn)了許多基于擴散問題設計的納米電極,微流控檢測體系等。同時,反應溶液中的電子傳遞問題也是電化學傳感研究的重要內容。本部分內容主要研究了傳感界面的靶標分子擴散和傳感界面的分子間相互作用的問題。一方面,我們研究了核酸探針與核酸靶標之間的特異性識別與靶標擴散和傳感界面探針密度之間的關系。依據(jù)以前發(fā)表過的文獻進行數(shù)值模擬,來探究它們之間的關系和傳感設計的問題。另... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１生物傳感器的組成與分子識別的影響因素??

ｉｆｆｕｓｉｏｎ）?、＇??ｅ＇?＾?Ｐ＇?…Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｉ＊—?ｌｅ?１—?Ｌ￣＊ｉ??Ｃ?ｄ??Ｂｕｌｋ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?關??Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｙｅｒ?＇?ｄＡ?Ｊ?ｅ．？＾ｙ，ｅ??°３?Ｈ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ??ａ２?Ｔｅｒｙｌｅｎｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?：?ｄ３?｜｜?ＳＥ？??ｎｉ?ＰＶＡ?ｌａｙｅｒ??ｄ２?？?＿ＴＢＰ＿＿??Ｅｎｚｙｍｅ?ｌａｙｅｒ?ｄ＼??ａ〇?＝?〇?：?—?＊－??Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??圖１．２傳感界面的幾種擴散形式??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｆｏｒｍｓ?ｏｆ?ｓｅｎｓｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ??１．１．２場效應晶體管中的擴散與應用??在電場的作用下，帶電荷的靶分子與界面探針相結合導致界面電荷的改變，??可以通過定■測定其中變化的電學德號來進行檢測。在場效應晶體管表面上存在??明Ｍ的電荷擴散雙電層，這個雙電層的厚度即為德拜長度。而德拜長度的限制是??場效應晶體管庳用于傳感檢測的一個巨太的挑戰(zhàn)。由于探針結合而造成的電荷變??化容易受到擴散雙電Ｓ的電荷屏蔽作用，降低了生物分子的有效電荷，從而導致??檢測靈敏度的降低。??對子黌離子強度的緩沖溶液，德拜長度小于傳感界面與革Ｅ分子之間的距離，??從而屏蔽了靶分子的電荷。然而，對于ｐＨ值檢測來說，小的氫離ｆ可以被束縛??在逋道表面附近，因此對緩沖濃度的依賴性很小２７。對于受德拜長度限制較太的??分子，Ｓｈａｌｅｖ及其同事設計Ｔ一種靜電方法＊該方法可以去除雙電層中過麝的離??３??

ｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔ�。眨觯ВВ欤欤瑁ⅲ常В�??Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｅａｍ?］｜?Ｔ－Ｓｅｎｓｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ａｒｅａ????＊?ｒ?５?７？ｅ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｔｒｅａｍ?Ｉ?Ｔ?２?ｓｍｍ??Ｓａｍｐｌｅ?ｓｔｒｅａｍ?｜?Ｉ??ｍｍ?????Ｄｍ她?ｎ，，Ｓｅｎｓｏｒ＜ｅａｒｏ＜ｔｅ??／Ｘ?Ｉ＾Ｋ?ＣＤＦ?ｔＳＬ—??Ｃ／?Ｉ?ｓ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?■?Ｓａｍｐｌｅ?ｉｎｌｅｔ??Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｅａｍ??圖１．３雛控設備的傳感應用??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｅｎｓｏｒ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ?ｄｅｖｉｃｅ??１．２捕獲探針活性優(yōu)化??核酸探針可以通過沃森－克里克的堿基配對和其言身結構的多樣性賣現(xiàn)較高??的識別能力和．緒舎能力。Ｒｉｂｏｚｙｍｅｓ３９，?ｃｉｒｃｕｌａｒ?ＲＮＡ４°，?Ｇ－ｑｕａｄｒｕｐｌｅｘ?．（Ｇ４）４１?和?ｉ－??ｍｏｔｉｆ４２，４３等具有獨特的核酸結構，在靶標分子識別中具有獨特的優(yōu)勢，并且可以??實現(xiàn)疾病生理過程或藥理反應治療過程的干預４４，４５。例如，很多研宄Ｘ作者發(fā)現(xiàn)??Ｇ４ｓ畬集于基因姐４６的調控區(qū)域，并Ｊｇ基■組的不穩(wěn)定性、遺傳疾病和癌癥進展??相關４７＃。同樣地，ｉ－ｍｏｔｉｆ的形成也在復制４９和轉錄中起到調控作用４４。??由于核酸探針反應迅速、窩特異性結合、敏感性高，研究人員開發(fā)了各種人??工設計的核酸探針，在治療和診斷方面顯示出哲大的潛力。例如，塞于核酸報告??的溶酶體雙離〒成像可以化學分解溶酶體亞群５Ｑ＊此外，決定傳感器設計的一個??重＇要方面是識別，這是傳感器與靶標實現(xiàn)


本文編號：2973722