基于dna分子導(dǎo)線的納米生物傳感器

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1、生物物理學(xué)報(bào)第二十五卷第四期二九年八月ACTABIOPHYSICASINICAVol.25No.4Aug.2009基于DNA分子導(dǎo)線的納米生物傳感器王以明1,2，龐小峰1，張玉玉2(1.電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610054；2.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，成都610059)摘要：DNA分子導(dǎo)線具有獨(dú)特的導(dǎo)電性能和塞貝克(Seebeck)效應(yīng)，它是構(gòu)筑電化學(xué)納米生物傳感器和熱電偶生物傳感器的理想材料。文章簡要介紹了DNA分子導(dǎo)線的制備方法及導(dǎo)電機(jī)理，以及基于DNA分子導(dǎo)線的納米生物傳感器的分子識別機(jī)制，著重分析了基于DNA分子導(dǎo)線的納米生物傳感器的傳感原理。文章還介紹了基于

2、DNA分子導(dǎo)線的納米生物傳感器在基因分析、單堿基突變檢測等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：DNA分子導(dǎo)線；導(dǎo)電機(jī)理；納米生物傳感器；分子雜交中圖分類號：TP21230引言M-DNA的線性復(fù)合物。復(fù)合物中的二價(jià)金屬陽離子又能被乙二胺四乙酸鈉(EDTA)置換出來，形成B-DNA，且這個過程是可逆的[17]。Lee等[18]研究DNA是遺傳信息的載體，具有一維的納米線性結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)、自組裝和識別能力發(fā)現(xiàn)M-DNA具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力，此外，文獻(xiàn)[19,20]還表明，鋅、鎳和鈷離子能進(jìn)入到DNA的等特性，尤其是它的自組裝、識別能力和奇特的雙螺旋結(jié)構(gòu)適宜于作為納米尺度電子裝置的有源元雙螺旋中心，形成DN

3、A含有金屬離子的狀態(tài)，從件[1～7]。以DNA作為模板或以DNA為有源元件而獲得M-DNA分子導(dǎo)線。M-DNA的結(jié)構(gòu)(圖1)基于以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果[17,21,22]可以證實(shí)：“自下而上(bottom-up)”構(gòu)筑納米分子電路、納米機(jī)器和納米裝置，如DNA分子開關(guān)、DNA導(dǎo)線1)M-DNA與B-DNA具有相似的吸收光譜和和DNA計(jì)算機(jī)等已經(jīng)引起了人們的巨大興趣[8～11]，CD色譜。它將成為分子電子學(xué)最有前途的研究對象之一。2)線性或閉合環(huán)的M-DNA與B-DNA有著相同的遷移率，說明M-DNA也是右手螺旋結(jié)構(gòu)。3)所有序列(除聚d(AT)外)都能形成1DNA分子導(dǎo)線M-DNA，加入EDTA又還原

4、為B-DNA。4)次黃嘌呤、6-甲基腺嘌呤、2,6-二氨基嘌DNA分子導(dǎo)線的制備方法有兩種：一是利用呤、7-氮雜腺嘌呤和7-氮雜鳥嘌呤等堿基可通過在DNA表面上覆蓋納米金屬顆粒的方法合成導(dǎo)電Waston-Crick配對，形成穩(wěn)定的M-DNA。因此，的DNA鏈[12,13]，由于DNA分子完全被金屬覆蓋，M-DNA是由A-T和G-C配對形成Watson-Crick失去了DNA特異性結(jié)合能力和識別能力。二是將螺旋結(jié)構(gòu)，而不是Hoogsteenorwobble結(jié)構(gòu)。二價(jià)陽離子或電活性物質(zhì)摻入到DNA分子的雙螺5)溴乙錠不能與M-DNA結(jié)合。旋結(jié)構(gòu)中，形成DNA分子導(dǎo)線。本文主要介紹在6)每一個堿基

5、對結(jié)合二價(jià)金屬陽離子后都釋DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中摻雜二價(jià)金屬陽離子而構(gòu)成的放一個質(zhì)子，NMR顯示亞氨基質(zhì)子被替換了，這M-DNA分子導(dǎo)線，或摻雜電活性物質(zhì)于DNA分證實(shí)了金屬離子位于雙螺旋結(jié)構(gòu)中心，并與T的子，形成基于“供體-橋-受體”N3和G的N1配位。[14～16]的DNA分子(Donor-Bridge-AcceptorDBA)導(dǎo)線。1.1M-DNA分子導(dǎo)線收稿日期：2008-11-12M-DNA分子導(dǎo)線是指在pH≥8條件下，基金項(xiàng)目：四川省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2006z02-0101-2)B-DNA分子中T和G的亞氨基質(zhì)子[17]被二價(jià)金屬通訊作者：王以明，電話：(028)84079012，

6、陽離子(Ni2+，Cu2+或Co2+)取代，從而獲得E-mail：wangyiming.w@163.com256生物物理學(xué)報(bào)2009年－2H+Zn2+,Co2+,Ni2+,pH≥8EDTAZn2+,Co2+,Ni2+B-DNAM-DNAFig.1TheformationofM-DNAbymetalionbindingtoB-DNA1.2基于DBA傳遞電子的DNA分子導(dǎo)線DNA分子結(jié)合，從而形成具有“供體-橋-受體”基于DBA的DNA分子導(dǎo)線是指在DNA分子結(jié)構(gòu)的分子導(dǎo)線（圖2）。中摻入電子供體和受體，通過電子供體、受體與eeAcceptorDonorFig.2Schematicdiagram

7、ofDNAwiresbasedonthestructuresofDonor-Bridge-Acceptor基于DBA的DNA分子導(dǎo)線，電子的轉(zhuǎn)移受質(zhì)后能導(dǎo)電，不同DNA分子片段的導(dǎo)電能力和電諸多因素的影響，比如：堿基組成，DNA構(gòu)型子的傳輸方式是不相同的，并解釋了電子傳輸?shù)目桑òl(fā)夾、線形或閉合環(huán)狀），電子偶合能力（β），能機(jī)理。在通常情況下，DNA分子導(dǎo)線導(dǎo)電的機(jī)供體、受體與DNA匹配問題，溶液介質(zhì)，橋理有一