DNA电化学传感器的设计和应用

合集下载

生物电化学传感器的研制和应用

生物电化学传感器的研制和应用生物电化学传感器是一种将生物元件与电化学传感技术相结合的新型传感器，采用生物体系的选择性和电化学检测的灵敏度，可用于病原菌、重金属、有机物等生物或环境污染物的监测、分析和检测。

一、生物电化学传感器的原理生物电化学传感器主要由三个部分组成：1）生物识别元件；2）传输电子的中介物； 3）电化学检测元件。

生物识别元件是传感器的核心部分，它具有高度选择性和敏感性，能够与特定的分子相互作用。

传输电子的中介物可以将生物识别元件与电化学检测元件连接起来，起到传递生物反应电子的作用。

电化学检测元件通常是电极，可以测定反应电子的峰值电流或峰值电势，进而推断出待测分子的浓度。

二、生物电化学传感器的几种类型生物电化学传感器可以根据生物识别元件的不同类型分为几个类别：1）酶传感器：利用酶特异性催化作用识别和检测，广泛应用于血糖、尿酸等生物分子的检测。

2）抗体传感器：通过反应物与抗体结合，检测分子的存在。

常用于病原菌、肿瘤标志物等生物分子的检测。

3）DNA传感器：利用DNA的互补配对原理，检测DNA分子的存在。

可广泛用于微生物、生物参考物质等的检测。

三、生物电化学传感器的应用生物电化学传感器在环境监测、医药领域、食品安全等方面有了广泛应用。

1）环境监测：生物电化学传感器用于重金属、有机污染物、氧化还原势等环境污染检测，具有高度灵敏性、选择性和可重复性等特点，相比于传统分析方法具有更好的优势。

2）医药领域：生物电化学传感器被广泛应用于临床科研，用于检测血糖、药物浓度等生物分子，具有快速、准确、便捷等特性。

3）食品安全：生物电化学传感器用于食品中致病菌、毒素等成分的检测，对保证食品安全起到了重要作用。

此外，生物电化学传感器还可用于饮料、酒类等制品的检测。

四、生物电化学传感器的发展趋势生物电化学传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面：1）设计更多的生物识别元件，拓展传感器的应用范围和检测目标。

2）研究高灵敏度、高稳定性的传输电子介质，提高传感器的检测性能。

电化学传感器的研究和应用

电化学传感器的研究和应用电化学传感器是一种利用电化学反应原理来检测物质浓度、品质及相关物理化学参数的传感器。

它具有灵敏度高、响应时间快、可重复性好等优点，被广泛应用于环境监测、医学检测、食品安全等领域，成为现代化检测技术不可或缺的重要组成部分。

一、电化学传感器的基本原理电化学传感器是利用电极和待测物质之间的交互作用来进行测量的。

在电化学传感器的测量过程中，电极是关键组成部分。

电极的电位与待测物质的浓度成正比，因此通过检测电极电位的变化可以推断待测物质的浓度。

电极的构成形式也有很多种，例如金属电极、半导体电极、离子选择性电极等。

其中离子选择性电极常用于测定生理参数。

二、电化学传感器的种类电化学传感器按照测量电位的变化方式可以分为伏安型传感器和阻抗型传感器两种。

伏安型传感器是最常见的一种传感器，它通过测量电极电流与电极电位之间的关系来确定待测物质的浓度。

伏安型传感器可以分为交流伏安法和直流伏安法两种。

阻抗型传感器是利用电极表面附着物的电阻变化来检测待测物质的浓度。

阻抗型传感器被广泛应用于检测生物样品中的蛋白质、DNA等生物分子。

阻抗型传感器具有灵敏度高、响应时间快等优点，成为生物传感领域中的重要研究方向。

三、电化学传感器在环境监测中的应用电化学传感器在环境监测中的应用非常广泛。

例如，电化学气体传感器可以用于检测空气中的甲醛、二氧化碳、烟雾等有害气体，通过提高室内空气质量保障人们的健康。

同时，电化学传感器也被广泛应用于污染物监测领域，例如检测水中的重金属离子、有机物质等有害物质，为环境保护提供有力支撑。

四、电化学传感器在医学检测中的应用电化学传感器在医学检测中也具有广泛应用前景。

医学小分子检测中常常采用了基于电化学传感器的生物传感器对药物，代谢产物等进行检测。

例如，电化学生化传感器可以在生化反应过程中测量待测物质的改变，检测生物内生化反应中一些关键的酶活性等指标，从而进行疾病诊断，药物研发等。

五、电化学传感器的展望当前随着传感器技术的飞速发展，电化学传感器也在不断向更高灵敏度、更快的响应速度、更低的成本等方向进行改进，发展出许多新型电化学传感器。

核酸电化学传感器的设计与应用

核酸电化学传感器的设计与应用随着科学技术的不断进步，越来越多的新型传感器被研发出来，并广泛应用于生物医药领域、环境监测领域以及食品安全领域等。

其中，核酸电化学传感器作为一种新兴的传感器，因其高灵敏度、选择性好、检测快速、操作简便等特点而备受关注。

本文将围绕核酸电化学传感器的设计与应用展开讨论。

一、核酸电化学传感器的基本原理核酸电化学传感器是通过特殊的电极材料和核酸捕捉分子相互作用，在电化学信号的作用下进行在线检测和分析的一种传感器。

其基本原理是以DNA或RNA为靶分子，通过特定的核酸捕捉分子在电极表面上定向固定，并在目标核酸分子的作用下发生电活性变化，从而识别和检测目标核酸分子。

具体而言，核酸电化学传感器主要包括电极、核酸捕捉分子和目标核酸分子三部分。

其中，电极是传感器的核心部件，通常采用玻碳电极、金电极、银电极等具有导电性和稳定性的材料制成。

核酸捕捉分子是一种具有亲和力的分子，可以特异性地与目标核酸分子结合，将其定向固定在电极表面，从而实现对目标核酸分子的识别和检测。

二、核酸电化学传感器的设计与制备核酸电化学传感器的设计与制备主要涉及电极材料的选择、核酸捕捉分子的筛选、电极修饰方法等方面。

（一）电极材料的选择玻碳电极、金电极和银电极是常用的三种电极材料。

玻碳电极是一种非常稳定的材料，但灵敏度相对较低。

金电极灵敏度高，但相对不稳定，容易受化学腐蚀和氧化的影响。

银电极比较稳定，适用于水溶液中的检测，但灵敏度与金电极相比要低一些。

根据具体实验需求，选择合适的电极材料进行制备。

（二）核酸捕捉分子的筛选核酸捕捉分子是核酸电化学传感器的重要组成部分，其种类、浓度和密度等参数都会影响传感器的检测性能。

各类核酸捕捉分子应根据其构成、亲和力、稳定性、敏感性等因素进行筛选，并进行体外验证以确认其对目标核酸的特异性和亲和力。

（三）电极修饰方法核酸电化学传感器需通过修饰电极表面进行底物识别和响应。

修饰电极常用的方法有：硅胶修饰、化学修饰、酶化学修饰、生物修饰等。

电化学生物传感器的研究与应用现状

电化学生物传感器的研究与应用现状电化学生物传感器的研究目前主要集中在三个方向：传感器构建、信号放大和检测仪器的开发。

传感器构建主要包括生物识别分子的修饰和载体材料的选择。

生物识别分子可以是抗体、酶、DNA等，通过与目标物质的特异性相互作用，实现对目标物质的检测。

载体材料选择需要考虑电化学活性、生物兼容性、稳定性等因素，常见的载体材料有玻碳电极、金属薄膜等。

信号放大主要通过引入纳米材料、纳米结构或功能材料，增强电化学传感器的灵敏度。

检测仪器的开发旨在提高传感器的检测性能和实用性，主要包括微流控技术、传感器阵列和便携式检测仪器等。

电化学生物传感器在医学诊断领域的应用已经取得了重要进展。

例如，血糖仪是最常见的电化学生物传感器之一，用于测试血液中的葡萄糖含量，对糖尿病患者的日常管理起到了重要作用。

此外，电化学生物传感器还可以用于监测血清中的肿瘤标志物、心肌酶等，辅助临床诊断，提高疾病的早期诊断率。

在食品安全方面，电化学生物传感器也发挥着重要作用。

传统的食品检测方法通常需要昂贵的仪器设备和复杂的分析程序，而电化学生物传感器则具有快速、灵敏和简单的优点。

通过检测食品样品中的有害物质，例如重金属、农药残留和毒素等，电化学生物传感器能够有效地保证食品安全，减少食品中的有害物质对人体的危害。

此外，电化学生物传感器还被广泛应用于环境监测。

例如，可以利用电化学生物传感器检测水体中的有毒金属离子、有机物污染物等，为环境污染监控提供有效手段。

另外，电化学生物传感器还可以用于检测空气中的污染物，例如二氧化硫、氮氧化物等，为空气质量监测提供帮助。

总之，电化学生物传感器是一种有着广泛应用前景的检测技术。

随着传感器构建、信号放大和检测仪器的不断改进和创新，电化学生物传感器将在医学诊断、食品安全、环境监测等领域发挥更加重要的作用。

生物化学传感器的设计与应用

生物化学传感器的设计与应用随着科技的不断发展，生物化学传感器得到了越来越广泛的应用。

生物化学传感器可以通过特殊的生物体系获得对目标物质的选择性响应信号，从而实现对目标物质的检测和监测。

在医疗、环境保护、食品安全等方面有着重要的应用价值。

本文将探讨生物化学传感器的基本原理、设计方法、应用案例等内容。

一、生物化学传感器的基本原理生物化学传感器的基本原理是通过生物体系的特异性选择性，将目标物质转化为可检测的生物学信号。

一般来说，生物化学传感器是由三个基本部分组成的：生物识别元件、转换元件和信号输出元件。

1、生物识别元件生物识别元件负责对目标物质进行选择性结合识别，通常采用抗体、酶、DNA、细胞等生物体系作为生物识别元件。

通过生物体系对目标物质和非目标物质的区分，实现对目标物质的选择性识别。

2、转换元件转换元件是将生物识别元件与信号输出元件连接的关键部分，将生物识别元件所识别的目标物质信号转化为可测量信号输出。

常见的转换元件包括阻抗、电容、曲率、荧光等。

3、信号输出元件信号输出元件是将转换元件的结构或化学反应结果转化为电信号输出的部分。

常见的信号输出元件包括电化学传感器、光学传感器等。

二、生物化学传感器的设计方法生物化学传感器的设计方法主要包括：生物体系的选择、生物识别元件的设计、转换元件和信号输出元件的选择和设计。

1、生物体系的选择生物体系的选择应根据目标物质的特点进行筛选。

一般来说，生物体系要具有选择性、灵敏度、重现性、稳定性等特点。

2、生物识别元件的设计生物识别元件的选择应针对目标物质的特异性结合而设计。

通过变化生物识别元件结构或化学性质，实现对目标物质的选择性识别。

3、转换元件和信号输出元件的选择和设计转换元件和信号输出元件应根据生物体系的特点和生物识别元件的选择而确定。

转换元件和信号输出元件的设计应结合生物识别元件和目标物质的特点进行调整和优化。

三、生物化学传感器的应用案例生物化学传感器在医疗、环境保护、食品安全等方面都有着广泛的应用。

DNA电化学传感器

DNA电化学传感器DNA的分析对临床医学和遗传工程的研究具有深远的意义和应用价值，已逐渐成为分子生物学,生物技术和临床医学研究的重要领域.其中电化学DNA传感器依靠生物体内物质间特有的亲合力快速、直接获取复杂体系组成信息，具有选择性好、种类多、测试费用低及适合联机化的优点，又有电分析化学的不破坏测试体系、不受颜色影响和简便的特点，能广泛应用于医疗、工业生产、环境监测等领域，已倍受青睐.电化学DNA传感器的种类很多,具体和类型的优缺点如下表所示:最早的电化学DNA传感器是利用DNA的直接电化学检测的,但由于碱基(G,C)氧化过电位比较大,很难实用.后来多利用间接的方法来实现DNA的电化学检测,基本原理如图1所示，即根据杂交前后杂交指示剂嵌入的量不同，进而产生与分析物浓度相关的电化学信号，实现目标物的检测.图1 电化学DNA 传感器结构示意图接着为了提高灵敏度与选择性，很多研究者利用酶及纳米粒子,量子点的放大效应，来满足低浓度的检测,如图2所示,就是利用典型的构建DNA传感器的”三明治结构”与纳米Pt的高效电化学催化性质来实现DNA的低浓度检测.Kurt V. Gothelf 等就利用了PdS,CdS与ZnS量子点实现了DNA的fM级检测,如图3所示: 首先图3.C1,2,3:capture DNA; r1,2,3:report DNA ;B: C1,2,3都存在; D: 仅C3@Au WE:汞膜玻碳电极(同为镀汞);RE:Ag/AgCl; CE: Pt在金基底上自组装5-SH- C1,2,3并用MCH来惰化活性位点,接着与固载了5-SH-r1,2,3的PdS,CdS, ZnS量子点退火杂交,经彻底洗涤后,金基底上间接固载的金属硫化物纳米颗粒用0.10M HNO3溶解下来,再利用阳极溶出伏安法(ASV)的溶出峰(如图2 B能很好的分离)来定性(电位)与定量(电流)检测这些溶解的金属离子.可以利用此装置才检测 target 3,如图4所示:target 3与r3 有20bases互补,而C3与r3 只有15bases互补,故可利用前者杂交结合力的竞争优势(将已与C3杂交的PbS竞争下来脱离金基底—Pd的ASV信号降低)来实现target 3的检测.图5就反映了target 3加入前后Pd图4.竞争检测 DNA target 3 图5.竞争前后Pb的ASV与 nano-PdS@Au的AFM图的ASV信号降低的情况及竞争前后金基底上相同区域PdS纳米粒子的减少情况.图6就是不同浓度的target3时,Pd与Cd的电流比值情况,显然这是属于”signal off”类型的电化学DNA 传感器,但是由于此方法中有一”内标—CdS”,所以可以利用Pd与内标Cd的信号比值来反应target 3的多少,进而消除了常规”signal off”型传感器的缺点.图6.竞争检测不同浓度的target 3另外Joseph Wang等也利用相似的原理实现了多个DNA序列的同时检测,原理和结构如图7,8所示:图7. 利用不同的纳米晶追踪者检测多个目标DNA 图8.SWASV of the metal traces 除了上面的利用纳米粒子的电化学来间接检测DNA外,还有一类研究较多的电化学DNA 传感器就是利用被标记(如MB,FC等电活性物质)的DNA做report 序列,根据其或probe与target作用前后,电活性分子电信号的变化来反应target的量.如图9所示:target3入之前,MB-report 2 与probe 1一端杂交,使得MB离电极较远,电信号弱,当target 3加入后杂交碱基数多,占优势,1与2变解旋,使得MB 离电极很近,发生电子转移容易,电信号增加,显然这是一个” signal-on”的DNA电化学传感器,比” signal-off”型占优势,作者发现此图9. signal-on DNA sensor 图10.不同浓度的target 3与mismatched 的伏安图传感器不仅稳定性好,而且加入饱和浓度的5-base-mismatched target 3对测试信号没有任何影响,如图10所示.这种类型的电化学DNA传感器,设计的思路巧妙,优势也很大,现在研究的人员也较多,类型也会越来越丰富.从上面的一些比较经典的电化学DNA传感器的构建来看,利用纳米粒子,量子点等,可以实现DNA的高灵敏度检测,利用活性物质标记的DNA也可实现低浓度及有几个碱基错配的检测, 但是实现单碱基错配的检测都不是很容易,报道也不是很多.而关于单核苷酸多态性(SNP)在DNA的检测中很重要,人体许多表型差异、对药物或疾病的易感性等等都可能与SNP有关,现在也普遍认为SNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤,所以在电化学DNA传感器的设计中,应尝试更多新颖的思路,实现不仅灵敏度高而且选择性高的多目标物的同时分析.参考文献:1.Naturebiotechnology，2003，Vol 21，Number 10，1192－1199Jacqueline BartonElectrochemical DNA sensor2. PNAS , 2006 , vol. 103 , 16677–16680Yi Xia, Arica A. Lubin, Brian R. Baker, Kevin W. Plaxco and Alan J. HeegerSingle-step electronic detection of femtomolar DNA by target-induced strand displacement in an electrode-bound duplex3. J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 3860-3861Jacob A. Hansen, Rupa Mukhopadhyay, Jonas Ø. Hansen, and Kurt V. Gothelf Femtomolar Electrochemical Detection of DNA Targets Using Metal Sulfide Nanoparticles4. J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 3214-3215Electrochemical Coding Technology for Simultaneous Detection of MultipleDNA TargetsJoseph Wang, Guodong Liu, and Arben Merkocüi。

化学传感器的设计及应用探究

化学传感器的设计及应用探究化学传感器是一种能够感知特定化学物质并将其转化为可测量信号的装置，它在医疗、食品安全、环境监测等领域起着至关重要的作用。

随着科技的不断发展，化学传感器的设计和应用也在不断创新和突破。

本文将探究化学传感器的设计原理、分类以及在不同领域的应用。

化学传感器的设计原理主要是基于化学反应的基本原理，通过感知目标化合物引起的化学变化来实现对该化合物的检测。

传感器一般由感知部分、信号转换部分和信号处理部分组成。

感知部分是传感器的关键部分，其选择的感知元素直接决定了传感器的灵敏度和选择性。

传感元素可以是化学材料、生物材料甚至是纳米材料。

信号转换部分则是将感知到的化学变化转化为可测量的信号，常见的信号包括电信号、光信号和热信号等。

信号处理部分则对传感器采集到的信号进行处理和分析，以获得目标化合物的浓度或其他相关信息。

根据传感元素的不同，化学传感器可以分为电化学传感器、光学传感器、压电传感器等多种类型。

其中，电化学传感器是应用最为广泛的一种传感器，其工作原理是通过感知元素表面的电化学反应来检测目标化合物的浓度。

光学传感器则是利用光学原理，通过感知元素对光信号的吸收、散射或发射来检测目标化合物。

压电传感器则是利用压电效应，当目标化合物作用于感知元素时会产生电荷或电压信号，从而实现检测。

化学传感器在医疗领域有着广泛的应用。

例如，血糖传感器是糖尿病患者日常监测血糖水平的重要工具，通过检测血液中的葡萄糖浓度来帮助患者控制血糖水平。

另外，PH传感器、氧气传感器等在医疗诊断和治疗中也发挥着重要作用。

化学传感器的应用不仅可以提高医疗诊断的准确性和便捷性，还可以降低医疗费用和改善患者的生活质量。

在食品安全领域，化学传感器也扮演着重要角色。

食品安全问题一直是全球关注的焦点，传统的化验方法费时费力，而化学传感器可以快速准确地检测出食品中的有害物质，如重金属、农药残留等。

这不仅有助于监测食品安全，还可以提高食品质量和保障消费者的利益。

电化学传感器的原理和应用

电化学传感器的原理和应用电化学传感器（Electrochemical Sensor）是利用化学反应过程中的电荷转移现象，通过检测被分析物质的电化学信号来实现对被测物质的检测和分析。

它具有精度高、响应迅速、体积小、便携、易操作等优点，已经被广泛应用于生命科学、医疗、环境监测、工业制造等领域。

电化学传感器的原理电化学传感器的原理是利用电化学反应过程中的电荷转移现象，将反应过程产生的电流或电势信号与物质的浓度相关联，通过检测这些电学信号来实现对被测物质的检测和分析。

电化学传感器的核心部件是电极，一般包括工作电极（Working Electrode）、参比电极（Reference Electrode）、计量电极（Counter Electrode）等组成。

以电化学传感器检测氧气为例，电极系统包括工作电极（银或铂）、参比电极（银-氯化银参比电极）和计量电极（银-银氯化镉电极），整个系统通过电解质联系在一起，构成了一个电池。

当氧气分子进入电极表面时，会发生氧气在工作电极上的反应，反应产生的电流信号可用于监测氧气浓度。

电化学传感器的应用电化学传感器在生命科学、医疗、环境监测、工业制造等领域被广泛应用。

1. 生命科学与医疗电化学传感器在生命科学和医疗领域中得到广泛的应用，例如通过检测人体腋下的气味，诊断患者是否患有癌症；通过检测脑部组织中的化学物质来实现对脑功能的研究和分析。

2. 环境监测电化学传感器在环境监测中可以检测环境中的各种污染物，如：氧气、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、有机物等。

例如，通过电化学传感器检测环境中的一氧化碳浓度可以监测交通道路上的污染程度。

3. 工业制造电化学传感器在工业制造领域中被广泛应用，例如腐蚀监测、防腐涂料的检测、气体检测等。

在安全工程上，人们可以通过电化学传感器检测工作场所中的有毒气体，保证员工安全。

总之，电化学传感器的应用领域广泛，除了上述领域外还包括：食品安全监测、土壤分析、汽车尾气检测、冶金工业、燃料电池等领域。

DNA电化学传感器的研制_图文.

本文介绍了一种新型的高灵敏度的DNA电化学传感器，即将羧基化的多壁碳纳米管和聚酰胺胺树枝状化合物应用到DNA电化学传感器中。

我们在玻碳电极(GC表面依次修饰羧基化的多壁碳纳米管(MWNT—COO—和二代以氨基为端基的聚酰胺胺树枝状化合物(PAMAM—NH2(G2，得到 PAMAM/MWNT—COO—/GC电极。

该修饰电极共价键合DNA探针序列，在不同浓度的互补序列溶液中经过杂交反应后，检测电极表面的阻抗变化，得到 Rct——浓度曲线。

采用CV、EIS、IR、XPS和TAG对层层修饰进行表征，同时讨论MWNT—COO—浓度及杂交时间的选择。

该种传感器灵敏度高，线性范围宽，线性范围在5.0×10-10M到5.0×10-14M之间，最低检测限为1.034×10-14M。

实验证明，传感器稳定性佳、重现性好，同时具备良好的再生能力。

另外，以柔红霉素为指示剂，检测DNA电化学探针对目标DNA的识别能力，柔红霉素响应信号明显。

三、基于DT4.5/Cu2+标记DNA探针的DNA电化学传感器研究利用DT4.5能与Cu2+络合的特性，将大量Cu2+嵌入DT4.5内部，首次将其标记DNA，制备DT4.5/Cu2+标记的DNA电化学探针。

本论文使用紫外吸收光谱表征DT4.5与Cu2+络合的情况，研究了pH值对DT4.5与Cu2+络合的影响和相关机理，并证明了DT4.5/Cu2+标记的DNA电化学探针的成功制备。

文章中还讨论和优化了包括修饰电极的制备、阳极溶出伏安法(ASV检测Cu2+的各种参数选择在内的各种实验条件，最终选择碳纳米管修饰电极、—0.4V作为最佳富集电位、300s作为还原富集时间。

由于采用了灵敏度很高的阳极溶出伏安法并使用碳纳米管修饰电极进行测定，使传感器对特定序列DNA片段检测的灵敏度得到了极大的提高，检测下限达到1.0×10-12M，稳定性和重现性良好。

10.期刊论文孙伟.焦奎.王振永.陆路德 DNA电化学传感器的设计和应用 -理化检验-化学分册2004,40(12 对DNA电化学传感器的设计和应用进行了综述.介绍了其基本原理、探针固定技术、杂交指示剂的选择及其在基因诊断、药物分析、环境监测等方面的应用,对发展方向作了概括. 引证文献(10条 1.XIEYao.GENG LiNa.QU Feng.LUO AiQin.QU Feng.DENG YuLin Preparation and characterization of 3(triethoxysilyl propyl isocyanate self-assembled monolayer on surface of chip[期刊论文]-科学通报（英文版） 2009(5 2.谢瑶.耿利娜.罗爱芹.屈锋.邓玉林芯片表面异氰酸酯基硅烷自组装膜的制备及表征[期刊论文]-科学通报2008(18 3.覃柳.刘仲明.邹小勇电化学生物传感器研究进展[期刊论文]-中国医学物理学杂志 2007(1 4.干宁.王志颖.徐伟民.李天华 DNA电化学生物传感器测定水中痕量铅[期刊论文]-广东微量元素科学 2007(1 5.陆宝仪.李红 Pb2+与Co(phen33+及DNA间的相互作用及其分析测定的研究[期刊论文]-分析测试学报 2006(1 6.邹小勇.陈汇勇.李荫电化学DNA传感器的研制及其医学应用[期刊论文]-分析测试学报2005(1 7.白燕.戴小锋.刘仲明.刘芳.马丽电化学DNA传感器中DNA的固定与杂交条件探讨[期刊论文]-传感器技术 2005(6 8.牛淑妍铜、钴、镍、锰电活性金属配合物的合成、表征及其与脱氧核糖核酸相互作用机理的研究[学位论文]博士 2005 9.李忠彬电化学DNA传感器研究进展[期刊论文]-渝西学院学报（自然科学版）2003(3 10.马丽.白燕.刘仲明.刘芳血清样品中乙肝病毒的DNA电化学传感器检测[期刊论文]-分析测试学报 2003(3 本文链接：/Periodical_cgqjs200209022.aspx 授权使用：南通大学(ntdx，授权号：58b2dadf-f2c6-4849-be57-9e4401585e04 下载时间：2010年12月6日。

电化学DNA传感器的运用

3.1具有电化学活性的杂交指示剂作为标示物
许多具有电化学活性的小分子物质能与DNA分子发生可逆性相互作用,其中一些物质能够专一性地嵌入dsDNA分子双螺旋结构的碱基对之间,这一类物质称为杂交指示剂。在杂交过程中杂交指示剂与电极表面的dsDNA形成复合物,根据杂交指示剂与ssDNA和dsDNA结合方式和结合能力的差异,通过测定其氧化还原峰电流和峰电位可以识别和测定DNA分子。能够选择性识别ssDNA和dsDNA而又不与DNA链发生不可逆的共价结合,同时又能给出电流或电势识别信的杂交指示剂是该类电化学DNA生物传感器的关键。指示剂与DNA的结合方式主要有:1与DNA分子的带负电荷的核糖磷酸骨架之间的静电作用;2与DNA沟槽的嵌入作用。杂交指示剂对dsDNA比对ssDNA有更高的特异性结合能力,这样才能指示灵敏。一般地说,dsDNA与指示剂的相互作用为静电作用和内部疏水性作用,而ssDNA主要是静电作用,可以从其电化学峰电位的移动来判断,前者峰电位正移,后者峰电位负移[32]。Wang[33,34]等用肌苷代替DNA探针中的鸟嘌呤来消除探针中鸟嘌呤的氧化峰,然后利用探针和靶序列,对杂交后出现的鸟嘌呤的氧化峰进行检测。Hashimoto[35]等利用多种杂交指示剂进行电化学基因检测,发现电活性小分子道诺霉素daunomycine可以通过峰电位的移动,很好地区分dsDNA和ssDNA,并且其电流密度相当高,在10molL的溶液中达到6.5Ac,可检测到108gmL的靶基因序列。Hoechst33258能专一性地作用于双螺旋DNA的小沟槽的AT碱基对,可以通过其阳极峰电流的变化来指示。而其它的指示剂,如丫啶黄acridineorange、米诺霉素minocycline、普匹碘铵propidiumiodide等,效果就不如前二者。
2电化学DNA传感器的分类

电化学生物传感器的原理与应用技巧

电化学生物传感器的原理与应用技巧随着科技的不断进步和人们对健康的关注度增加，生物传感器作为一种高灵敏度、高选择性的检测技术，得到了广泛的应用。

其中，电化学生物传感器以其简单、快速、灵敏的特点，成为研究和应用领域中备受关注的技术。

本文将介绍电化学生物传感器的原理和应用技巧，希望能为相关领域的研究者和工程师提供一些参考。

一、电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是利用生物分子与电极表面之间的相互作用，通过测量电化学信号来检测和分析生物分子的一种技术。

其原理主要包括两个方面：生物分子识别和电化学信号转换。

生物分子识别是电化学生物传感器的核心。

通过特定的生物分子与待测分子的识别和结合，实现对待测分子的检测。

常用的生物分子包括酶、抗体、核酸等。

这些生物分子通过与待测分子的相互作用，产生特定的信号变化，从而实现对待测分子的检测和分析。

电化学信号转换是将生物分子的识别过程转化为电化学信号的变化。

常用的电化学信号转换方式包括电流、电压和电阻等。

通过将生物分子与电极表面进行相互作用，改变电极表面的电化学性质，从而引起电流、电压或电阻的变化。

这种变化可以通过电化学方法进行测量和分析，从而实现对待测分子的检测。

二、电化学生物传感器的应用技巧1. 选择合适的生物分子：在设计电化学生物传感器时，选择合适的生物分子非常重要。

生物分子应具有高度的选择性和灵敏度，能够与待测分子发生特异性的相互作用。

同时，生物分子的稳定性和可重复性也需要考虑，以确保传感器的稳定性和可靠性。

2. 优化电极表面性质：电极表面的性质对电化学生物传感器的性能有着重要影响。

通过优化电极表面的结构和化学性质，可以增强生物分子与电极表面的相互作用，提高传感器的灵敏度和选择性。

常用的方法包括修饰电极表面的化学修饰和纳米材料修饰等。

3. 选择合适的检测方法：电化学生物传感器常用的检测方法包括循环伏安法、恒定电位法和阻抗谱法等。

选择合适的检测方法可以提高传感器的灵敏度和检测范围。

新型dna电化学生物传感器的研制及纳米材料在其中的应用研究

新型dna电化学生物传感器的研制及纳米材料在其中的应
用研究
新型DNA电化学生物传感器是一种基于电化学技术的高灵敏、高选择性的检测手段，可以实时、准确地检测DNA分子的含量、序列及突变情况等信息。

纳米材料在其中的应用研究起到了重要的作用。

传统的DNA检测方法需要进行PCR扩增和凝胶电泳等繁琐的操作。

而新型的DNA电化学生物传感器则可以通过简单的电化学实验进行检测，具有操作简便、检测迅速和准确性高等优点。

由于DNA 传感器对检测样品的灵敏度要求很高，纳米材料作为该领域的热门研究课题之一，因其表面积大、光电化学活性强、特异性强以及化学稳定性好等特点，被广泛应用于DNA电化学生物传感器的研究中。

例如，金纳米粒子、碳纳米管等纳米材料已广泛应用于DNA传感器制备中。

它们能够通过与DNA结合，在电化学信号的转导过程中发挥重要作用，使得检测灵敏度和特异性更加突出。

此外，纳米颗粒的形状、表面功能化、孔径和粒径等特性也可以通过改变材料的制备方法进行调节，进一步提高了DNA电化学生物传感器的性能。

总之，纳米材料在新型DNA电化学生物传感器中的应用研究，为基于电化学技术的生物传感器研发提供了新的思路和方法，为实现快速、准确、便捷的分子诊断技术做出了重要贡献。

电化学纳米生物传感器的研发与应用

电化学纳米生物传感器的研发与应用第一章：绪论随着生物技术的不断发展以及生物分子的快速检测需求的增加，电化学纳米生物传感器成为了一种很有前途的分析技术。

电化学纳米生物传感器利用了电化学技术中的一些基本原理，通过组合电化学方法和生物分子检测的特殊能力，能够提供高灵敏度、高选择性、便携式、实时和非侵入性等优点。

本文主要介绍电化学纳米生物传感器的研发与应用，包括测量生物分子和细胞的电化学特性，纳米制备技术和传感器构建方法等方面。

第二章：电化学纳米生物传感器的原理电化学纳米生物传感器是基于电化学原理和生物分子识别的技术。

与传统的化学传感器相比，纳米生物传感器具有更好的灵敏性和选择性。

它的工作机理主要包括三个部分：信号转换、生物分子识别和放大。

首先，传感器的信号转换部分包括了表面电化学反应、电流测量和Rhodamine B或者其他探针的发光测量等技术。

其次，生物分子识别部分是将具有高选择性的生物分子连接传感器表面，通过生物识别元件与靶分子发生特殊反应来实现特定分子的检测。

最后，放大部分可以通过扩散过程、电极制备和电极表面修饰等方式将生物分子与电化学信号联系在一起，从而实现信号放大和传感器的灵敏度提升。

第三章：电化学纳米生物传感器的制备方法电化学纳米生物传感器的制备方法是传感器性能的重要因素。

它的制备方法可以分为纳米制备和传感器构建两个方面。

在纳米制备方面，常用的方法有溶剂热法、水热法、超声波辅助溶剂热法、辛醇震荡还原法等。

在传感器构建方面，最常用的方法包括吸附法、共价辅助法和电极反应上提法等。

其中，共价辅助法是通过共价键结合将生物分子与电极表面相连，以达到高灵敏度和高选择性的检测。

第四章：电化学纳米生物传感器的应用电化学纳米生物传感器的应用范围非常广泛，可以用于环境检测、医疗诊断、药物研究等方面。

例如，在水中污染检测方面，电化学纳米生物传感器可以依据目标污染物的电化学特性，如电位、电子转移率、轨道能量等，实现对目标污染物的高灵敏度、高精度、快速准确检测。

DNA电化学生物传感器的研究与应用

Ξ　收稿日期:2009-06-11作者简介:谢灵珠(1974—),女,四川人,讲师,主要从事航空军械研究.DNA 电化学生物传感器的研究与应用Ξ谢灵珠1,杨　涛2,包小林3(1.海军航空工程学院青岛分院,山东青岛　266042;2.青岛科技大学,山东青岛　266042;3.青岛海军潜艇学院,山东青岛　266000)摘要:介绍了DNA 电化学生物传感器的原理和特点,对DNA 探针固定、杂交的指示的研究设计进展进行了综述,并对其在生物武器、基因疾病诊断、体外药物分析和筛选及环境检测进行了展望.关键词:DNA 电化学生物传感器;生物电化学分析中图分类号:T J6文献标识码:A 文章编号:1006-0707(2009)09-0119-06 脱氧核糖核酸(DNA )是遗传信息的载体,具有存储和传递信息的功能.对于核酸的分析在生物化学和生物分子学中具有极其重要的意义,但随着基因工程技术的飞速发展,传统的生化分析方法已不能满足其分析测试的需要.因此许多交叉学科的分析手段在生命科学领域的应用便引起了广泛关注.DNA 电化学生物传感器就是代表这种思想的一种崭新的技术构思,这类传感器凭借生物体内物质间的特异性亲和力能够快速、直接地识别特定序列的DNA ,既具有选择性好、种类多、测试费用低及适合联机化的优点,又具有电化学分析中简便、快速、灵敏的特点.DNA 电化学生物传感器在生物武器、遗传工程、环境检测和临床医学等领域具有重要的应用价值,采用生物传感器测定DNA 序列经过十几年的发展已成为电化学分析中的热点,许多课题组正致力于研究微型化高灵敏度的DNA 传感器.1　DNA 电化学生物传感器的基本原理和结构 DNA 电化学生物传感器的工作原理是:在适当的条件下,固定在电极表面上已知序列的单链DNA 片段(DNA 探针)与溶液中的待测DNA 发生杂交,利用两条互补单链DNA (ssDNA )间的特异性相互作用,使之形成双链DNA (ds 2DNA ).同时借助于能够识别ssDNA 和dsDNA 的杂交指示剂在杂交前后的电化学响应的改变,来定性检测目标基因是否存在;或者将待测基因固定在电极表面,然后与溶液中的已标定杂交指示剂的DNA 探针进行杂交来检测待测基因序列[1].一般而言,在一定范围内,指示剂的响应信号与待测DNA 的物质的量成线性关系,可据此来检测DNA 的含量,以达到定量测量的目的. 需要指出的是,DNA 非常适合做生物传感之用,因为互补碱基对之间的相互作用是特异性的,而且结合强烈,用单原子、功能基团或长侧链修饰过的核苷酸也可以进行碱基配对,这对于设计非放射性的传感器非常重要.同时DNA 电化学传感方式可以分为:直接DNA 电化学、间接DNA 电化学、DNA 特定的氧化还原的指示检测、纳米粒子的电化学放大、以DNA 为媒介的电子传递等方式,这几种方式各有优缺点(见表1),Deumm ond 等人[2]曾对此有详细的论述.DNA 电化学生物传感器的基本元件包括一个分子识别层和一个换能器.一条单链DNA 探针序列被固定在电极上形成识别层,DNA 探针是此类传感器的生物敏感元件,它是单链DNA 片段或整链,长度从十几个到上千个核苷酸不等,一般使用已被公认的可以识别出待测序列所需的最短序列,其碱基序列与被测DNA 片段的碱基互补;换能器即是杂交指示体系,它的功能是将DNA 杂交信息转化为电压、电流或电导等可以测定的电化学信号,并且对固定化的ssDNA 和dsDNA 具有选择性响应,根据其变化的有无和变化的程度就可以对样品中的DNA 结构和含量等信息加以测定.一般而言,利用DNA 电化学生物传感器测定DNA 的整个过程包括以下几个步骤[3]:第一是ssDNA 的固定,制备DNA 探针,这是此类传感器制作中的首要问题.第二是杂交过程,即寻找合适的杂交条件,使得互补的待测DNA 与探针DNA 相遇较易形成dsDNA ,并最大程度的减少错配.第三是杂交的指示,即如何将杂交信息转化成可以测量的电化学信号,此步也可与上步同时进行.最后是电化学信号的检测.其中DNA 探针的固定和杂交的指示是DNA 电化学生物传感器的关键.图1为原理示意图.第30卷　第9期四川兵工学报2009年9月表1　DNA 电化学传感方式的比较传感器类型优点缺点直接DNA 电化学灵敏度高(femtom oles of target )无需标记步骤,应用电极范围宽背景信号高,不能多元化,破坏样品间接DNA 电化学灵敏度高(attom oles of target )通常不需要标记步骤,在同一电极上可以检测多个目标探针层难于制备,破坏样品DNA 特定的氧化还原的指示检测中等灵敏度(femtom oles of target ),很适合多个目标检测,样品保持不变化学标记方法须用“三明治”法,序列变化可能有疑问纳米粒子的电化学放大特别灵敏(femtom ole to zepom ole range ,10-15to 10-21m oles )可应用不同的纳米粒子适合多个目标的检测检测步骤多,表面结构的可靠性和强度有疑问,通常破坏样品以DNA 为媒介的电子传递灵敏度高(femtom ole range )检测简单,无需标记,仅适用于错配检测,序列独立,适用多样化,适用于DNA 2protein 检测步骤需要对目标样品的生物化学处理图1　电化学传感器原理2　DNA 探针的固定2.1　基体电极根据基体电极类型的不同,核酸修饰电极(NAME )一般可分为两大类:①核酸修饰汞电极,此类电极有一定优势[4].但热变性和质子化的ssDNA 分子能强烈地吸附于汞电极[5],这种DNA 疏水性碱基与汞电极疏水性表面间的强烈作用使电极表面的探针无法与靶序列杂交[6],从而限制了汞电极的应用.②核酸修饰固体电极.近些年来,固体电极的研究和应用占有绝对优势,如M illan 等[7]1993年采用玻碳电极制作DNA 传感器.随后Hashim oto 等[8]、Hiroy oshi 等[9]发展了金电极并制得DNA 传感器;其他如石墨电极、碳糊电极[10]、石墨印刷电极[11]、浸蜡石墨电极[12]、充石蜡石墨微孔穴电极[13]、纳米金电极[14]、热解石墨电极[15]、铂电极[16]、锡参杂的铟氧化物电极[17]等也被研究和应用.2.2　DNA 探针通常多采用人工合成的寡聚脱氧核糖核酸作为探针.在适当的温度、pH 值、离子强度下,电极表面的探针与靶序列分子选择性杂交形成双链DNA ,导致电极表面物质结构发生变化,这种前后差异可以用具有电活性的指示剂来识别,从而达到检测靶序列或特定基因的目的.根据一般实验经验,在选择DNA 探针时应遵循以下原则[18]:①探针长度为18～50个碱基,过长的探针将消耗较长的杂交时间、具有较低的合成产率;过短的探针又将缺少特异性.②G 、C 碱基的组成在40%～60%之间最好,G 、C 碱基比率在此范围之外,非特异性杂交将增加.③在探针分子内不存在互补区,存在互补区可导致“发卡”结构,抑制探针杂交.④避免在探针序列中连续出现一个碱基多次重复的现象,(其长度>4)如GGGGG 等.2.3　DNA 探针在电极表面的固定方法探针在电极上的固定是DNA 电化学传感器制备中的关键步骤,目前主要有吸附法、共价键合法、自组装膜法、聚合法、组合法等.1)吸附法吸附法分为直接涂/浸吸附法和在一定电位下富集吸附法.例如,庞代文等[19]和Fei Y an 等[20]分别用直接涂/浸吸附法把探针固定在金电极上.庞代文等将ssDNA 固定到经过抛光、活化、超声波清洗的玻碳电极[21]或金电极上[22];徐春等[23]把探针在TE 溶液中+0.5V 富集吸附于预处理过的石墨电极上,Wang 等[24]Palecek 等[25]也多次用恒电位吸附富集DNA 探针.吸附法的优点是简单,但电极上固定的DNA 在杂交过程中可能脱附,而且DNA 探针的物理结构易发生扭曲,使正确杂交变得困难.2)共价键合法共价键合法一般分2步进行.首先是电极的预处理,以引入活性键合基团并活化,然后进行有机合成,通过共价键合反应把探针DNA 分子修饰到电极表面.因为碳质电极表面易于处理形成活性键合中心,所以共价键合法多用碳质电极做基底电极.M illan 等[7,26]研究发现,在氧化的玻碳电极表面,以水溶性的乙基2(32二甲基丙基)碳二亚胺盐酸盐(E DC )和N 2烃基磺基琥珀酰亚胺(NHS )作偶联活化剂,变性的小牛胸腺DNA 和多聚脱氧鸟苷酸多聚核糖胞苷酸[poly (dG )poly (dC )]片段通过与活化的电极表面O 2酰基异脲形成磷酰胺键共价结合在电极表面.Y ang 等[27]将玻璃表面经氨丙基三乙氧基硅烷(APTES )处理,一方面其水解产物与玻璃表面的硅醇基形成牢固的硅氧烷键,同时也产生氨基功能化表面,再与双功能试剂如戊二醛(G A )或对硝基苯氯甲酸酯(NPC )及马来酐(M A )反应,通过分子两端的功能基团分别021四川兵工学报与基质和DNA末端的衍生基团作用,在室温下成功固定5′2NH22DNA及5′2SH2DNA.刘盛辉等[28]用混酸氧化清洗好的石墨电极,在室温下用四氢化锂铝的乙醚溶液还原,使石墨电极表面的含氧基团全部转化为羟基.接着把电极洗净置入32氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中进行硅烷化,以导入2NH2.最后将含有E DC和ssDNA的咪唑缓冲液滴在电极表面以固定之.孙星炎等[29]采用先在石墨电极表面导入2NH2基的方法在石墨电极表面导入DNA片段.彭图治[12]将浸蜡石墨电极浸入K2Cr2O7和H NO3溶液中恒电位氧化,清洗后浸入E DC和NHS的磷酸盐缓冲液中活化,最后将ssDNA的磷酸盐缓冲液滴到电极表面以固定探针.共价键合法制备的DNA修饰电极,修饰层稳定,易于分子杂交,但表面活性位点少,表面合成是异相反应,因而固定的DNA量少,响应信号较小.3)自组装膜法自组装膜法是在适当条件下,使分子在固体表面形成有序单分子层的方法,一般以金电极为基体电极,并在探针或金电极表面固定上2SH基团,利用2SH基团可对DNA 进行自组装.Maeda等[30]利用DNA的5′末端磷酸基与22羟乙基二硫化物的羟基反应生成磷酸酯键,再通过巯基将DNA修饰到金电极上去.而Bard等[31]则先将42巯基丁基膦酸(M BPA)在纯乙醇中固定到硅晶片的金膜上,然后再与Al3+反应,形成一层包含Al3+的膜,再通过Al3+与DNA间的静电作用固定ssDNA.T onya[32]利用巯基衍生物将单链DNA[5′2HS2(CH2)62ssDNA23′]固定到金电极表面,研究发现该DNA探针表面修饰层稳定,杂交反应完全可逆,并有特异性.赵元弟等[33]将处理过的金电极置于二巯基乙醇的溶液中6h,取出后用水冲洗,转入含碳二亚胺和DNA的22 (N2吗啡啉)乙磺酸(MES)缓冲溶液中浸泡,取出后用MES 缓冲液冲洗,在金电极表面固定DNA.K agan等[34]用水把氧化铝粉调成糊状涂于布上磨擦金电极,然后置金电极于0.05m ol/L H2S O4中,20.3～+1.5V(vs.Ag/AgCl)以100 mV/s扫至稳定.烷基硫醇溶于75∶25(v/v)乙醇:水溶液中(内含0.02m ol/L巯基丙酸)浸泡电极过夜,冲洗.再把该电极置入pH7.40的磷酸缓冲液中(含2mm ol/L E DC和5 mm ol/L NHS)1h,用缓冲液洗净,滴上20μL探针的丙酮缓冲液(pH4.80),风干,用此方法固定探针.关于自组装膜法还很多,如K obayashi等[35]、周家宏等[36]、周剑章等[37]、林祥钦等[14]、刘志红等[38]均有报道.自组装膜法和共价键合法结合,可使电极表面修饰物有序排列,且稳定性好,有利于杂交,但对巯基化合物修饰的DNA纯度要求高.纳米技术有可能对DNA传感器的灵敏度、稳定性及专一性发挥作用.4)聚合法该方法是利用导电化合物在电极表面的电聚合作用把DNA探针固定在电极表面.徐金瑞等[39]把处理好的玻碳电极烘干后放在氯化亚砜中,30min后取出,用N,N′2二甲基甲酰胺(DMF)洗涤,接着把电极置入聚乙烯醇(PVA)的DMF溶液中30min,最后用80℃热水洗去粘附的PVA,从而制得聚乙烯醇修饰电极.F.G amier等[40]以聚(32乙酸吡咯)/(32N2羟基邻苯二甲酰亚胺吡咯)为前体共聚物,将带有胺基且含有14个碱基的DNA或低聚核苷酸(ODA)嫁接到电极表面.5)组合法用化学修饰剂与电极材料混合制备电极的方法叫组合法.由于碳糊电极的可塑性,非常适用于这种方法.M illan 等[26]将182烷基胺、182烷基酸混入碳糊中,得到化学修饰的碳糊电极,然后在E DC存在的情况下,通过182烷基胺的氨基与ssDNA的5,末端的磷酸基形成磷酰胺键,把ssDNA 固定到电极上;或在E DC和NHS存在的情况下,通过182烷基酸与ssDNA的dG残基结合,将ssDNA固定到电极上.3　杂交的指示在DNA电化学传感器中必须引入电活性识别物(杂交指示剂或复合指示体系),杂交指示剂是一类具有电活性的物质,起着DNA电化学传感器的信号传递作用,根据杂交指示剂与ssDNA和dsDNA结合方式和结合能力的差异,通过测定其氧化还原峰电流和峰电位可以识别和测定DNA分子.能够选择性的识别ssDNA和dsDNA而又不与DNA链发生不可逆的共价结合,同时又能给出电流或电势识别信号的杂交指示剂是该类电化学DNA生物传感器的重要特点.一般来讲,一个适合电化学DNA生物传感器的指示剂应该对dsDNA比对ssDNA具有更高的选择性结合能力.1)电化学活性的杂交指示剂作为识别物常用的电化学活性的杂交指示剂主要集中在以下几个方面:第一类为金属配合物类杂交指示剂.一些金属配合物因其中心离子的变价性而被用作杂交指示剂,并广泛用于DNA电化学传感器的分析应用中,较常用的此类金属离子有C o、Os、Fe、Ru、Pt等的离子形式,常用的配合物为:2,2′2联吡啶、1,102邻菲咯啉、咪唑并[4,52f]1,102邻菲咯啉、4,4′2二甲基22,2′2联吡啶、二氮杂芴酮缩聚苯二胺、吡啶[3,22f]并[1,7]邻菲咯啉等.C o金属配合物作为典型代表被广泛用做杂交指示剂,赵元第[33]采用电活性配合物C o(phen)2+3作为杂交指示剂,研究了电极表面的DNA杂交.结果杂交后的dsDNA2S AM/Au电极上C o(phen)2+3的峰电流较未杂交前的ssDNA修饰电极的的峰电流明显增大,式电位也由+123mV负移至+117mV.Wang等[41]用C o(phen)3+3为杂交指示剂,也发现相类似的结果.M illan等[7]将C o(phen)3+3及C o(bpy)3+3作为电活性杂交指示剂,证明C o(bpy)3+3作为杂交指示剂不仅能很好的区分ssDNA与dsDNA,而且可以区分特异性杂交和非特异性杂交,即可以用于特定序列DNA的检测.Pang等[42]详细研究了苄基24,4′2连吡啶盐(Benzyl Viologen,BV)与ssDNA2Au电极和dsDNA2Au电极的作用情况,发现BV的峰电流和峰电位在ssDNA2Au电极和dsDNA2Au电极上有显著的差异,并且在低的离子强度下它能很好的静电结合到DNA修饰电极上,同时又能迅速从电极上分离,可使DNA传感器具有很好的重复性.121谢灵珠,等:DNA电化学生物传感器的研究与应用第二类为染料类杂交指示剂.因为许多染料具有与DNA作用的分子模型,近来研究表明:具有π2堆积特性的有机功能染料能在核酸分子表面进行长距组装.常用的染料类指示剂有双苯并咪唑类、亚甲基蓝、红四氮唑、乙锭类、中性红等.双苯并咪唑染料(如H oechst33258)是其中较为理想的一类,有较其他指示剂高得多的电流密度,大约为45μA/cm2[43].Hashim oto等[8]用染料H oechst33258作为电活性杂交指示剂,检测了pVM623的Part I片段上的致癌基因V2myc,同时发现H oechst33258的峰值电流在使用ss2 DNA和dsDNA修饰电极时分别为128nA和170nA,由此可见H oechst33258对dsDNA有比对ssDNA更好的选择性.Er2 dem等[44]K erman等[45]T ani等[46]人对亚甲基蓝(Methylene Blue,M B)进行研究后认为M B作为杂交指示剂的ssDNA探针具有特异的选择性,可用于特定序列靶基因的检测,故M B是较有潜力的一种新型电活性杂交指示剂.程琼等[12]人以红四氮唑作(TT C)为杂交指示剂,实验证明TT C对ds2 DNA具有较好的选择性,是合适的杂交指示剂.第三类为抗癌药物类杂交指示剂.因为许多抗癌药物是以DNA为作用靶点的,如:阿霉素和柔红霉素分子的芳基部分嵌入DNA碱基对之间,水合顺铂和DNA链上的鸟嘌呤碱基配位而使它们具有抗癌作用.研究它们与DNA的相互作用,不仅可作为杂交指示剂,还可以解释药物的药理学作用.道诺霉素(daunomycin)是蒽环类抗生素中较常用的一种杂交指示剂,Hashim oto等[15]对道诺霉素进行深入研究后认为道诺霉素是较合适的DNA电化学传感器的杂交指示剂.庞代文等[47]在抗癌药物与DNA电化学研究方面作了较多工作.方禹之等[48]将以盐酸阿霉素(DXH)为杂交指示剂,结果发现只有与互补序列杂交反应才出现DXH 的氧化还原峰,证明该方法可有效地识别DNA片段.2)寡聚核苷酸上修饰电化学活性官能团作为识别物此类型即是将具有电化学活性的小分子标记在ssDNA 片段上形成DNA探针.常用的标记物有二茂铁,溴化乙锭,聚吡咯,聚噻吩.徐春等[49]以乙基2(32二甲基丙基)炭化二亚胺盐酸盐为偶联活化剂,利用缩合反应分别将电化学活性物质氨基二茂铁和醛基二茂铁成功标记在变性小牛胸腺DNA片段上,制备成二茂铁标记DNA探针.他们[1]将指示剂氨基二茂铁(AFC)标记在含有256个碱基的已知序列ssDNA上形成探针,实验表明标记有电化学活性指示剂AFC的DNA探针可用于特定序列DNA的检测.他们[23]将电化学活性物质溴化乙锭(E B)成功的标记在ssDNA片段上,制成E B标记的DNA探针,Has fa等[50]将二茂铁和已知序列ssDNA探针键合到聚吡咯/铂电极上,以该修饰电极为工作电极,分别与互补序列ssDNA和非互补序列ssDNA 进行杂交反应,并用C V法对杂交结果进行分析,发现与互补序列ssDNA杂交后二茂铁基团的峰电流下降,峰电位正移,而与非互补序列ssDNA作用后二茂铁的峰信号未发生变化.3)利用酶的放大功能在DNA分子上标记酶作为识别物.当标记了酶的ssD2 NA与电极表面的互补ssDNA发生杂交发应后,相当于在电极表面修饰了一层酶,酶具有很强的催化功能,通过测定反应物的变化量可以间接测定DNA.Lumley2W oodear等[51]在待测DNA链端衍生辣根过氧化物酶,在杂交过程中,修饰电极便能催化过氧化氢的电还原.4)其他方法据报道还有无杂交指示剂和三明治法,电化学基因传感器也可以不用指示剂来检测DNA的杂交,因为电活性剂的加入使得电化学信号的本底加大,使得检测的分辨率降低.过去,检测不到DNA杂交的本征信号是由于探针上鸟嘌呤基的存在,因为它不能检测含有鸟嘌呤基的目标分子.解决这个问题的办法是在电极上固定不含鸟嘌呤基的次黄(嘌呤核)苷探针,当嘌呤核苷与目标胞核嘧啶形成基对时,它的氧化信号就能从鸟嘌呤的响应中很好地分离出来,这样DNA杂交的信号就能直接和方便地被检测出来.如Wang等[25]用肌苷代替DNA探针中的鸟嘌呤来消除探针中鸟嘌呤的氧化峰,利用杂交反应后出现的鸟嘌呤的氧化峰进行检测.Ihara[52]先将待测的长链DNA与固定化的短链DNA探针杂交,然后再让长链DNA上未杂交部分与修饰有电活性标记物的短链DNA杂交,进而进行电化学检测,此法即三明治法.4　DNA电化学生物传感器的应用展望 DNA电化学传感器因其简单、快速、灵敏等优点,已经应用或有望应用于:①军事上.在军事上的应用是目前重视的研究项目.由于基因工程的研究成果为生物武器的研究开辟了新的领域—基因武器,便携、快速、灵敏的基因传感器可以发挥重要作用.澳大利亚AM BRI有限公司悉尼实验室的专家研制出的一种手持式纳米DNA传感器2模拟离子通道[53]开关的生物传感器,可以探测空气中的病原体,如炭疽热病菌等,非常适合生物武器的现场检测.②基因探伤和突变检测,Zhou等[54-55]人用Ru(bpy)3+3和C o (bpy)3+3(bpy=2,2′2bipyridine)与DNA的相互作用,采用方波极谱法测定受损DNA,可检测到0.1%的受损碱基;③基因疾病诊断,如Hashim oto等[8]用于致癌基因v2myc序列检测的电化学传感器;Wang等[56-57]制备了用于检测抑癌基因P53和人类免疫缺陷病毒的DNA传感器.④体外药物分析和筛选,庞代文等[47]研究了道诺霉素在DNA修饰石墨微电极上的电化学行为,并建立了测定人尿中痕量道诺霉素的方法;⑤环境检测.Wang[58]报道了用DNA电化学杂交生物传感器对饮用水和污水样本中的病原微生物进行的检测.5　结束语 DNA电化学生物传感器提供了一种简单的、可靠的和价廉的DNA杂交测试方法,凭借其独特的优势,已成为电化学领域的研究热点,它开辟了电化学与分子生物学交叉学科的新领域,为生命科学的研究提供了一种崭新的方法.它具有较高的灵敏度,可探测出微克级的双链DNA分221四川兵工学报子,可以制作成微电极形式.同时,它与目前的DNA生物芯片技术兼容.其不足之处是不能完全定量检测,因为电极制备的每一个过程并非定量进行.电化学基因传感器的研究与发展方向是微型化、阵列化、快速、实时检测技术,甚至将此项技术原理应用于其他生物领域[58].我国在这方面的研究工作起步较晚,但已初具规模,主要集中在各种DNA固定方法的深入研究、研究DNA与小分子的作用以筛选适合高灵敏度检验的杂交指示剂以及探索此类传感器在各个领域的应用等等.目前DNA电化学传感器的稳定性、重现性和灵敏度还有待提高,在测定过程中杂交假象(DNA与其他物质结合)、碱基错配现象必须尽量避免和减少,以及使此类传感器微型化操作简单以推动其真正商品化.随着研究的不断深入,这些问题必将得到解决,DNA电化学生物传感器必将在各领域中占有一席之地.参考文献:[1]　Xu Chun,Cai H ong,He Pinggang.E lectrochemical detectionof sequence specific DNA using a DNA Probe labeled withamino ferrocene and chitosan m odified electrode imm obilizedwith ssDNA[J].Analyst,2001,126:62-65.[2]　Drumm ond T G,Hill M G,Barton J K.E lectrochemical DNAsens or[J].Nature biotechnology,2003,21(10):1192-1199.[3]　杨丽菊,彭图治.特定序列的脱氧核糖核酸电化学生物传感器进展[J].分析化学,2001,29(3):355-360. [4]　Paleceek E.From polarography of DNA to microanalysis withnucleic acid m odified electrodes[J].E lectronanalysis,1996,8(1):7-14.[5]　杜晓燕,陈文华,常东.电化学生物传感器及其在环境和医学检验中的应用[J].传感技术学报,2002,12(4):347-352.[6]　Cai X,Rivas G,Shiraishi H.E lectrochemical analysis of for2mation of polynucletide com plexes in s olution and at elec2 trode sur faces[J].Anal Chim.Acta,1997,344:65-76. [7]　M illan K M,M ikkelsen S R.Sequence2selective biosens orfor DNA based on electroactive hybridization indicators[J].Anal.Chem,1993,65(17):2317-2323.[8]　Hashim oto K,I to K,Ishim ori Y.Sequence2specific gene de2tection with a g old electrode m odified with DNA probes andelectrochemically active dye[J].Anal.Chem,1994,66(21):3830-3833.[9]　Hiroy oshi M,K enichi Y,Masayuki.E lectrochemical analysisof single nucleotide polym orphisms of p53gene[J].T alan2 ta,2002,56:829-835.[10]Wang J,Femandes J R,K abota L T.P olishable and renew2able DNA hybridization biosens ors[J].Anal.Chem.,1998,70(17):3699-3702.[11]Marrazza G,Chianella I,Mascini M.A disposable DNA elec2trochemical biosens or for hybridization detection[J].Biosens.Bioelectron,1999,14:43-51.[12]程琼,彭图治.红四氮唑作为电化学嵌合剂的核酸杂交生物传感器[J].高等学校化学学报,2002,23(9):1680-1683.[13]郑赛晶,林祥钦,尹屹梅.石墨电极固载DNA的一种新修饰方法[J].化学学报,2002,60(10):1828-1833.[14]缪谦,金葆康,林祥钦.ssDNA在纳米金上固载和杂化的电化学传感研究[J].高等学校化学学报,2000,21(1):27-30.[15]Hashim oto K,I to K,Ishim ori Y.N ovel DNA sens or electro2chemical gene detection[J].Anal.Chim.Acta,1994,286:219-224.[16]Chun Xu,H ong Cai,Qun Xu,Pingang He,Y uzhi Fang.Characterization of single2stranded DNA on chitosan2m odi2 fied electrode and its application to the sequence2speciticDNA detection[J].Fresenius J.Aual.Chem.,2001,369:428-432.[17]Napier M E,Thorp H H.E lectrocatalytic oxidation of nucleicacid at electrodes m odified with nylon and nitrocellulosemembranes[J].J.Fluoresc.,1999,9(3):181-186. [18]静国忠.基因工程及其分子生物学基础[M].北京:北京大学出版社,1999,175-177.[19]庞代文,陆琪,赵元弟.DNA修饰电极的研究(Ⅷ)1,10-菲咯啉存在时钴离子在ssDNA修饰金电极上的电化学行为及痕量钴的检测[J].化学学报,2000,58(5):524-528.[20]Fei Y an,Arzum Erdem,Burcu Meric,et al.E lectrochemicalDNA biosens or for the detection of specific gene related tomicrocystis species[J].E lectrochemistry C ommunications,2001,3:224-228.[21]Pang Daiwen,Zhang M in,Wang Z onglin,et al.M odificationof glassy carbon and g old electrodes with DNA[J].J.E lec2 troanal Chem.,1996,403:183-188.[22]Pang Daiwen,Abruna H D.M icromethod for the investigationof the interactions between DNA and redox2active m olecules[J].Anal Chem.,1998,70:3162-3169.[23]徐春,何品刚,方禹之.溴化乙锭标记DNA电化学探针的研究[J].高等学校化学学报,2000,21(8):1187-1190.[24]Wang J,Cai X,Rivas G,et al.S tripping potentiometric tran2scluction of DNA hybridization processes[J].Anal.chim.Acta,1993,344:111-118.[25]Wang J,Palecek E,Nielsen P E.Peptide nucleic acid probesfor sequence2specific DNA biosens or[J].J.Am.Chem.S oc.,1996,118:7667-7670.[26]M illan K M,Aaraullo A,M ikkelsen S R.V oltammetric DNAbiosens or for cystic fibrosis based on a m odified carbon paste electrode[J].Anal.Chem.,1994,66:2943-2948.[27]Y ang M,K ong R Y C,K azmi N,et al.C ovalent imm obiliz2tion of olig onucleotides on m odified glass/silicon sur faces fors olid2phase DNA hybridization and am plification[J].Chem.Lett.,1998:257-258.[28]刘盛辉,孙长林,何品刚等.单链核糖核酸在石墨电极321谢灵珠,等:DNA电化学生物传感器的研究与应用。

电化学传感器的应用及发展前景

大学研究生考试答卷封面考试科目：仪器分析考试得分：________________ 院别：材料与化学化工学部专业：分析化学学生：饶海英学号：授课教师：考试日期：2012 年 1 月10 日电化学传感器的应用研究摘要：随着电分析技术的发展，电化学传感技术越来越成为生命科学、临床诊断和药学研究的重要手段之一。

本文主要介绍了电化学发光免疫传感器，电化学DNA传感器、电化学氧传感器、纳米材料电化学传感器的基本概念、原理，以及这些传感器在各领域的应用。

关键词:电化学传感器免疫传感器传感器电化学传感技术的核心是传感器。

传感器能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。

传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成，是将一种信息能转换成可测量信号(一般指电学信号)的器件。

传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。

本文以化学传感器尤其是电化学传感器进行研究。

电致化学发光(Electrogenerated chemiluminescence)，也称电化学发光(Electrochemiluminescence)，简称ECL，是通过电极对含有化学发光物质的体系施加一定的电压或通过一定的电流，电极氧化还原产物之间或电极氧化还原产物与体系其它共存物质之间发生化学反应并生成某种不稳定的中间态物质，该物质分解而产生的化学发光现象。

电致化学发光技术是电化学与化学发光相结合的检测技术，该技术既集成了发光与电化学分析技术的优点，又具有二者结合产生的可控性、选择性、重现性好、灵敏度高、检测限低及动力学响应围宽等新优势[ 1~3 ]。

电化学传感器可分为以下几个类型。

①吸附型：通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。

可以制备单分子层和多分子层。

根据吸附作用力的不同，又可分为平衡吸附型、静电吸附型、LB膜型、SA 膜型、涂层型。

电化学纳米传感器的设计和应用

电化学纳米传感器的设计和应用随着科技的不断进步和发展，新型的传感器逐渐显示出它们的重要性和应用前景，尤其是电化学纳米传感器在实现各种应用方面都得到了广泛的关注和研究。

电化学纳米传感器结合了纳米材料和电化学传感器的优点，具有高灵敏度、快速响应和高选择性等优点。

本文将讨论电化学纳米传感器的设计和应用。

一、电化学纳米传感器的设计电化学纳米传感器是利用电化学技术进行检测的一种传感器，通过纳米材料的特殊性质，将其表面修饰成可控制的结构，实现多种离子或分子的快速检测。

电化学纳米传感器的基本结构包括工作电极和对比电极。

工作电极主要用于探测样品中的目标物质，并转化为电信号，对比电极则作为电位参考，用于测量样品中的电势差。

纳米材料中应用最广泛的是金属、半导体和碳材料。

一种常见的电化学纳米传感器是基于高分子纳米粒子的研究。

高分子纳米粒子作为载体，可以将探针分子装载在其表面，利用载体的结构特点实现探针的稳定填充。

同时，纳米材料的表面积相对较大，能够与目标分子发生更多的作用，因此具有更高的灵敏度。

这种电化学纳米传感器的制备步骤包括高分子纳米粒子的合成和探针的修饰。

首先，进行高分子纳米粒子的合成，然后将探针修饰到纳米粒子表面上，并与工作电极相连接，最终实现检测。

另一种常用的电化学纳米传感器是基于金属纳米粒子的研究。

金属纳米粒子具有优异的性质，例如高比表面积、优异的催化活性和可调制表面等，是构建电化学纳米传感器的理想材料。

利用金属纳米粒子的大小、形状、表面修饰以及核-壳结构的调制，可以实现对多种离子或分子的高灵敏度检测。

常见的制备方法包括还原法、共沉淀法和微乳液法等。

二、电化学纳米传感器的应用电化学纳米传感器的应用领域广泛，主要包括环境监测、生物医学检测和食品安全等方面。

在环境监测中，电化学纳米传感器可用于检测水体和大气中的污染物质，例如重金属、苯、酚等有毒有害物质。

在医学诊断中，电化学纳米传感器可用于检测生物标志物，例如肿瘤标志物、蛋白质等，具有高灵敏度、快速响应和高选择性等优点。

电化学DNA生物传感器的制备及应用

电化学DNA生物传感器的制备及应用摘要：电化学DNA 传感器具有选择性好、灵敏度高、消耗低及简便易用等优点，能够对特征 DNA 序列进行快速准确的测定，因此电化学 DNA 传感器在食品安全检测、医学诊断和环境监测等领域都有广阔的应用前景。

Due to the high sensitivity，good selectivity and low cost for the detection ofspecific single-stranded DNA （ssDNA） sequences at low concentration，electrochemical DNA biosensor can be used in many fields including medical diagnosis，biological engineering，environmental protection and so on.1电化学DNA生物传感器简介脱氧核糖核酸（DNA）是染色体的主要组成部分，也是遗传信息的载体，具有储存和传递信息的能力。

电化学 DNA 传感器具有检测快速、制作简单、灵敏度高以及选择性好等特点，已被广泛应用于医学诊断、法医鉴定、环境监测及食品安全检验等领域[1]。

DNA电化学生物传感器的工作原理是将DNA探针作为敏感元件固定在固体玻碳电极表面，加入具有电活性的物质（如亚甲基蓝MB）作为杂交指示剂，通过检测修饰电极在待测溶液中电化学信号强弱的变化，以确定靶DNA序列的排列；或者将待测基因片段固定在电极表面，然后与溶液中的已标定杂交指示剂的DNA探针进行杂交，来检测待测基因序列。

根据指示剂的电化学信号与目标序列浓度之间的线性关系，可以对特定DNA序列进行定量检测[2]。

2电化学DNA生物传感器的制备电化学DNA传感器制备包括以下四个过程[3]： DNA探针的固定，即要将单链DNA固定到电极表面，形成DNA探针修饰电极。

DNA电化学生物传感器介绍

感器与光学及压电传感器有很大不同。ＤＮＡ电化
学生物传感器反应条件好控制，成本非常的低，便于推广普及，因此是当下生物传感器领域的热点。核酸，作为分子识别工具，已被广泛应用于各个领
域。
到了解决技术障碍的方案，商业设备被普遍推广，充分体现其研究的价值和意义。而且我也相信：
利用单链ＤＮＡ的亲和力为互补的ＤＮＡ链，用于检
测特定的ＤＮＡ序列，是一种为探索ＤＮＡ的发展的便携式设备，是将生物化学反应能转化为电信号，通常用于检测特定ＤＮＡ序列，。
１．３ＤＮＡ电化学生物传感器的背景
随着我们进一步完善的各关键技术，随着人们不断深入对生物体的认识，随着各学科的不断完善和发展，ＤＮＡ电化学传感器必将在未来的发展中
ＤＮＡ电化学生物传感器为亲和型生物电化学传感器，是利用分子特有的亲和力作成的传感器。
的一类课题。虽然ＤＮＡ电化学生物传感器的发展过程中取得了巨大的进步，但仍有许多障碍有待克
—匝
生！
・
缧
述・
ＤＮＡ电化学生物传感器可以进行生物样品含量的测定，而且灵敏度高，专一性好，故它目前是医学生物传感器中最受人青睐、也最有发展前途的一类课题。ＤＮＡ电化学生物传感器具有亲和力，是由一个

DNA电化学传感器.

DNA 电化学传感器DNA 的分析对临床医学和遗传工程的研究具有深远的意义和应用价值，已逐渐成为分子生物学, 生物技术和临床医学研究的重要领域. 其中电化学DNA 传感器依靠生物体内物质间特有的亲合力快速、直接获取复杂体系组成信息，具有选择性好、种类多、测试费用低及适合联机化的优点，又有电分析化学的不破坏测试体系、不受颜色影响和简便的特点，能广泛应用于医疗、工业生产、环境监测等领域，已倍受青睐.电化学DNA 传感器的种类很多, 具体和类型的优缺点如下表所示:最早的电化学DNA 传感器是利用DNA 的直接电化学检测的, 但由于碱基(G,C 氧化过电位比较大, 很难实用. 后来多利用间接的方法来实现DNA 的电化学检测, 基本原理如图1所示，即根据杂交前后杂交指示剂嵌入的量不同，进而产生与分析物浓度相关的电化学信号，实现目标物的检测.图1 电化学DNA 传感器结构示意图接着为了提高灵敏度与选择性，很多研究者利用酶及纳米粒子, 量子点的放大效应，来满足低浓度的检测, 如图2所示, 就是利用典型的构建DNA 传感器的”三明治结构”与纳米Pt 的高效电化学催化性质来实现DNA 的低浓度检测.Kurt V. Gothelf 等就利用了PdS,CdS 与ZnS 量子点实现了DNA 的fM 级检测, 如图3所示: 首先图3.C1,2,3:capture DNA; r1,2,3:report DNA ;B: C1,2,3都存在; D: 仅C3@AuWE:汞膜玻碳电极(同为镀汞;RE:Ag/AgCl; CE: Pt在金基底上自组装5-SH- C1,2,3并用MCH 来惰化活性位点, 接着与固载了5-SH-r1,2,3的PdS,CdS, ZnS 量子点退火杂交, 经彻底洗涤后, 金基底上间接固载的金属硫化物纳米颗粒用0.10M HNO3溶解下来, 再利用阳极溶出伏安法(ASV的溶出峰(如图2 B 能很好的分离来定性(电位与定量(电流检测这些溶解的金属离子. 可以利用此装置才检测 target 3, 如图4所示:target 3与r3 有20bases 互补, 而C3与r3 只有15bases 互补, 故可利用前者杂交结合力的竞争优势(将已与C3杂交的PbS 竞争下来脱离金基底—Pd 的ASV 信号降低来实现target 3的检测. 图5就反映了target 3加入前后Pd图4. 竞争检测 DNA target 3 图5. 竞争前后Pb 的ASV 与 nano-PdS@Au的AFM 图的ASV 信号降低的情况及竞争前后金基底上相同区域PdS 纳米粒子的减少情况. 图6就是不同浓度的target3时,Pd 与Cd 的电流比值情况, 显然这是属于”signal off ”类型的电化学DNA 传感器, 但是由于此方法中有一”内标—CdS ”, 所以可以利用Pd 与内标Cd 的信号比值来反应target 3的多少, 进而消除了常规”signal off” 型传感器的缺点.图6. 竞争检测不同浓度的target 3另外Joseph Wang等也利用相似的原理实现了多个DNA 序列的同时检测, 原理和结构如图7,8所示:图7. 利用不同的纳米晶追踪者检测多个目标DNA 图8.SWASV of the metal traces 除了上面的利用纳米粒子的电化学来间接检测DNA 外, 还有一类研究较多的电化学DNA 传感器就是利用被标记(如MB,FC 等电活性物质的DNA 做report 序列, 根据其或probe 与target 作用前后, 电活性分子电信号的变化来反应target 的量. 如图9所示:target3入之前,MB-report 2 与probe 1一端杂交, 使得MB 离电极较远, 电信号弱, 当target 3加入后杂交碱基数多, 占优势,1与2变解旋, 使得MB 离电极很近, 发生电子转移容易, 电信号增加, 显然这是一个” signal-on”的DNA 电化学传感器, 比” signal-off”型占优势, 作者发现此图9. signal-on DNA sensor 图10. 不同浓度的target 3与mismatched 的伏安图传感器不仅稳定性好, 而且加入饱和浓度的5-base-mismatched target 3对测试信号没有任何影响, 如图10所示. 这种类型的电化学DNA 传感器, 设计的思路巧妙, 优势也很大, 现在研究的人员也较多, 类型也会越来越丰富.从上面的一些比较经典的电化学DNA 传感器的构建来看, 利用纳米粒子, 量子点等, 可以实现DNA 的高灵敏度检测, 利用活性物质标记的DNA 也可实现低浓度及有几个碱基错配的检测, 但是实现单碱基错配的检测都不是很容易, 报道也不是很多. 而关于单核苷酸多态性(SNP在DNA 的检测中很重要, 人体许多表型差异、对药物或疾病的易感性等等都可能与SNP 有关, 现在也普遍认为SNP 研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤, 所以在电化学DNA 传感器的设计中, 应尝试更多新颖的思路, 实现不仅灵敏度高而且选择性高的多目标物的同时分析.参考文献:1. Naturebiotechnology ，2003，Vol 21，Number 10， 1192－1199Jacqueline BartonElectrochemical DNA sensor2. PNAS , 2006 , vol. 103 , 16677–16680Yi Xia, Arica A. Lubin, Brian R. Baker, Kevin W. Plaxco and Alan J. HeegerSingle-step electronic detection of femtomolar DNA by target-induced strand displacement in an electrode-bound duplex3. J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 3860-3861Jacob A. Hansen, Rupa Mukhopadhyay, Jonas Ø. Hansen, and Kurt V. GothelfFemtomolar Electrochemical Detection of DNA Targets Using Metal Sulfide Nanoparticles4. J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 3214-3215Electrochemical Coding Technology for Simultaneous Detection of Multiple DNA TargetsJoseph Wang, Guodong Liu, and Arben Merkocü i。

电化学传感器的设计和应用研究

电化学传感器的设计和应用研究电化学传感器是一种常用的检测和测量技术，它主要是基于电化学反应的原理来设计和制造的一种传感器。

它广泛应用于环境、医疗、食品、安全、工业等领域，是一项非常有用的技术。

1. 电化学传感器的原理和设计电化学传感器是基于电化学反应原理进行设计和制造的一种传感器。

其主要原理是利用电极材料与被检测物质之间的反应，来感应检测物质的特性和浓度等信息。

电化学传感器的结构通常包括电极、电解质和检测材料等组成部分所构成。

下面分别简单介绍这三个组成部分的作用：电极：作为电化学传感器的基础组成部分，电极的主要作用是传递电流和测量电压，通过将电信号转换成化学信号传递，来实现被检测物质的测量。

电极通常是由金属、半导体或碳等材料制成，具体根据被检测物质、反应特性及测量方法等不同因素来选择。

电解质：电解质是电化学传感器中不可或缺的组成部分，其主要作用是将被检测物质转化为离子，以促进电化学反应的发生，并且稳定电极和反应体系。

电解质通常是由无机盐、有机溶剂和水等组成，其选择是为了避免干扰并提高传感器的灵敏度和可靠性。

检测材料：检测材料可有机、无机、生物等来选择，根据被检测物质的不同特性和检测要求而定。

检测材料可以是电极表面修饰剂，也可以是反应物质、底物、辅助试剂等等。

在传感器的设计中，检测材料选择是核心难点之一。

因为检测材料的选择直接影响传感器的灵敏度、特异性以及稳定性等方面的性能。

2. 电化学传感器的应用电化学传感器的应用非常广泛，几乎涵盖了各个领域。

下面就例举一些典型的应用场景：（1）环境检测：电化学传感器可以用来检测水质、空气污染、土壤污染等环境问题。

比如，在水质检测领域，通过选择合适的电极材料和检测材料，可以测定水中的PH值、溶解氧、铜、铅、锌等物质的浓度等信息，从而帮助人们及时了解水质并采取措施。

（2）生命科学：电化学传感器能够在生物学研究中起到重要的作用。

比如，在生物传感器领域，利用电化学传感器检测生物成分或生化反应，可以帮助医生实时了解患者的病情、检测生物标志物，从而辅助诊断疾病，治疗患者。