Адсорбция и окисление дезоксирибонуклеиновых кислот на электродах, модифицированных углеродными нанотрубками

• Автор: Абдуллин, Тимур Илдарович
• Шифр специальности: 03.00.04, 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Биомедицинские аспекты применения

электрохимических методов анализа.

1.2. Биосенсорика как новое направление

электроаналитических методов.

1.3. Методы электрохимического детектирования

нуклеиновых кислот.

1.3.1. Использование индикаторов и меток

для детектирования ДНК.
1.3.2. Электрохимические свойства нуклеиновых кислот.
1.3.3. Детектирование структурных изменений в ДНК
1.4. Применение углеродных нанотрубок
в электрохимических биосенсорах
1.5. Заключение по обзору литературы.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Реактивы и оборудование.
2.2. Модификация электродов углеродными нанотрубками.
2.3. Электрохимические измерения.
2.4. Детектирование биомолекул
на модифицированных электродах.
2.5. Термическая обработка ДНК.
2.6. Механическое разрушение ДНК.
2.7. Обработка ДНК активными формами кислорода.
2.8. Электрофорез ДНК и УНТ
2.9. Атомносиловая микроскопия
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Разработка электродов, модифицированных
углеродными нанотрубками
3.1.1. Структурные и электрохимические свойства электродов, модифицированных углеродными нанотрубками.
3.1.2. Особенности электрохимических реакций на СУЭУНТ.
3.2. Электрохимические свойства компонентов
нуклеиновых кислот на СУЭУНТ.
3.2.1. Вольтамперометрическое поведение пуриновых оснований
и их производных на СУЭУНТ.
3.2.2. Механизм электрохимического окисления
гуанина и дГМФ на СУЭУНТ.
3.3. Адсорбция и окисление
дезоксирибонуклеиновых кислот на СУЭУНТ
3.3.1. Связывание ДНК с углеродными нанотрубками
в растворе
3.3.2. Электрохимическое поведение нативной
и денатурированной ДНК на СУЭУНТ.
3.3.3. Влияние фрагментации ДНК на се
электрохимическое поведение на СУЭУНТ.
3.3.4. Детектирование депуринизации ДНК
с использованием СУЭУНТ.
3.3.5. Влияние гидроксилрадикалов
на электрохимическое окисление ДНК.
3.3.6. Обсуждение результатов
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Для анализа биометаболитов широкое распространение получили вольтамперометрические методы, характеризующиеся высокой чувствительностью и линейной зависимостью сигнала от концентрации аналита i , , . Принцип вольтамперометрических методов заключается в регистрации тока при окислении или восстановлении электрохимически активного вещества на электроде под действием приложенного напряжения. Эти процессы протекают при определенных значениях потенциала, что обуславливает селективность вольтамперометрического детектирования. Однако вещества, которые совместно присутствуют в биологических средах, могут иметь близкие редокспотенциалы, что затрудняет их одновременное детектирование. В некоторых случаях эта проблема может быть решена посредством модификации электрода полимерными мембранами, обладающими сродством к определяемому веществу или уменьшающими мешающее влияние других компонентов раствора Тернер и др. В г. Кларк и Лайонс впервые осуществили пространственное сближение фермента глюкозооксидазы и электрода. Изготовленное ими устройство биосенсор был предназначен для определения концентрации глюкозы в крови . Применение ферментных электродов позволило существенно увеличить селективность вольтамперометрического анализа ФАВ благодаря высокой специфичности и каталитической активности ферментов. Детектирование аналитов с использованием ферментных электродов осуществляют по потреблению субстрата в случае многосубстратной реакции или накоплению продукта ферментативной реакции. К настоящему времени разработаны разнообразные по конструкции и операционным характеристикам ферментные электроды для определения важнейших низкомолекулярных биометаболитов, включая глюкозу, лактат, мочевину, креатинин и креатин, мочевую кислоту, аминокислоты и др. Тернер и др. Сш е аЦ . Принцип пространственного объединения биологического компонента и электрода оказался продуктивным, получив активное развитие в новом направлении электроаналитических методов биосенсорике. На сегодняшний день одной из главных задач электрохимических биосенсоров является разработка новых методов детектирования белков и нуклеиновых кислот. Эти методы, как и традиционные методы анализа биомакромолекул, основаны на принципах биологического распознавания, реализуемого в иммунных и комплементарных взаимодействиях. Вместе с тем, электрохимические биосенсоры, как правило, используют новые принципы детектирования аффинных взаимодействий, которые позволяют увеличивать экспрессность и чувствительность анализа, а также миниатюризировать детектирующие устройства СЫпсйПб е а. Vi е1 а. РЬчс1оп е а. Далее рассмотрены особенности электрохимического детектирования биомолекул. Особое внимание уделено электрохимическим биосенсорам, использующим нуклеиновые кислоты в качестве биочувствительного компонента. Согласно рекомендациям ЮР АС, электрохимический биосенсор можно определить как независимое интегрированное устройство, способное давать специфическую количественную или полуколичественную аналитическую информацию, используя распознающий биологический компонент биохимический рецептор, удерживаемый в пространственном контакте с электрохимическим преобразователем ТЬуепо е1 а1. Биологический компонент электрохимических сенсоров обычно представлен основными типами природных макромолекул различными белками, преимущественно ферментами и антителами, а также нуклеиновыми кислотами. Реже в качестве биокомпонента используют низкомолекулярные вещества например, коферменты, субклеточные структуры рецепторные комплексы, органеллы, а также цельные клетки и ткани Тернер и др. Применяемое к биокомпоненту понятие биохимический рецептор указывает на его главную функцию биологическое распознавание, необходимое для избирательного связывания определяемого вещества в условиях равновесия или химического превращения. Специфичность рецепторной системы биосенсора в первую очередь зависит от природы биокомпонента. Например, биосенсоры, использующие ферменты или клетки, могут обладать относительно широкой специфичностью.