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脱氧核糖核酸(DNA)是一类很重要的生命物质，是大多数生物体遗传信息的载体，对DNA的研究是生命科学研究领域中极为重要的内容。随着人类基因组计划的顺利实施，基于DNA探针的基因传感器、基因芯片的研究正成为基因组研究的一个热点。无论是在基因传感器和芯片研究中，还是在其他诸如DNA与药物小分子的相互作用研究中，DNA在基底材料上的固定化都是一个令人感兴趣的课题。羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分，因其具有优良的生物相容性而被广泛用作骨修复材料，但在修饰电极方面的应用还未见报道。
本论文利用溶胶-凝胶法制备了纳米多孔羟基磷灰石(HAp)-聚乙烯醇(PVA)溶胶-凝胶混合涂层修饰玻碳电极(GCE)用于固定双链DNA，制备DNA修饰电极，然后利用该DNA修饰电极研究DNA与一些电活性小分子及药物间的相互作用和检测由Fenton反应介导的DNA氧化性损伤。主要内容如下：
LDNA在纳米多孔羟基磷灰石-聚乙烯醇涂层修饰玻碳电极上的固定及表征用溶胶-凝胶法在玻碳电极上制备了HAp-PVA混合材料涂层膜，利用HAp对dsDNA的特异性吸附，将dsDNA固定在HAp-PVA混合涂层上，制备了一种新型DNA修饰电极。经实验发现，混合材料中HAp与PVA的最佳体积比为2：1，扫描电镜显示该膜为均匀的纳米多孔结构，颗粒和孔径大小约在50-100nm之间。以[Fe(CN)6]3-/4-和[Co(phen)3]3+/2+为探针，用循环伏安法证明了DNA可以牢固地吸附在HAp-PVA溶胶-凝胶混合膜修饰的玻碳电极上。重生后的DNA修饰电极在[Co(phen)3]3+/2+溶液中连续测量6次，变异系数为2.1％。相同方法重复制备DNA修饰电极，5次测定结果的变异系数为2.4％。24h后，[Co(phen)3]3+在DNA修饰电极上的ipa约为原来的98％，其稳定性可以满足一般实验的需要，该电极可用来研究DNA与其它小分子间的相互作用。2.电化学方法研究DNA与电活性小分子之间的相互作用
选择典型活性小分子[Co(phen)3]3+和[Co(bpy)3]3+来研究与DNA之间的相互作用。我们利用HAp-PVA涂层固定DNA制备的DNA修饰电极，仅用2μgDNA样品，即可得到DNA与探针分子相互作用的信息。当μ=54.6mM时，从△E°值可分别推知[Co(phen)3]3+/2+和[Co(bpy)3]3+/2+的氧化态和还原态与DNA的键合常数之比。结合IpΓ=n2F2vAΓ／(4RT)，可分别由[Co(phen)3]3+/2+或[Co(bpy)3]3+/2+计算出dsDNA在HAp-PVA涂层上的吸附量Γο当溶液离子强度从14.6mM改变到64.6mM时，[Co(phen)3]3+/2+与DNA之间的作用方式从静电作用变为嵌入作用，发生了本质的变化，转折点为μ=49mM，此时静电与嵌入作用处于平衡状态；而[Co(bpy)3]3+/2+与DNA在14.6mM到74.6mM离子强度变化范围内一直为静电作用。△E°与μ成线性关系，可获得截距值，由截距值可分别得[Co(phen)3]3+/2+和[Co(bpy)3]3+/2+的氧化态和还原态在零离子强度下与DNA的键合常数之比。结果与文献报道的数据完全或基本一致。
3.电化学方法研究DNA与亚甲基蓝之间的相互作用采用循环伏安法系统研究了固定在HAp-PVA混合涂层膜上的DNA与亚甲基蓝(MB)之间的相互作用。实验结果表明，在20～200mV/s扫描速度范围内，MB在DNA修饰电极上的氧化和还原峰电流与扫速均成线性关系，说明该电极反应过程系表面反应控制；在pH6.0～7.4范围内，MB在DNA修饰电极上的氧化和还原峰电位均随pH值的增加向负方向移动，且与pH值基本上成线性关系，由pH系数知参加反应的电子数与质子数不同；改变溶液的离子强度，DNA修饰电极上的E°与HAp-PVA/GCE上的E°均向正方向移动，但是△E°值却基本上没有改变，表明二者之间为静电作用，作用方式并不受溶液离子强度变化的影响。根据Langmuir吸附公式，得出MB与DNA之间的吸附常数为4.2×104M。
4.电化学方法研究DNA与芦丁之间的相互作用采用循环伏安法系统研究了DNA与芦丁之间的相互作用。考察了扫描速度、溶液pH值和离子强度对芦丁在DNA修饰电极上电化学行为的影响。实验结果表明，在50～500mV/s扫描速度范围内，芦丁在DNA修饰电极上的氧化和还原峰电流的对数与扫速的对数均成线性关系，logv的系数分别为0.665和0.731，说明该电极反应过程同时受扩散和吸附控制，且扩散控制占主导作用；在pH5.6～7.0范围内，芦丁在DNA修饰电极上的条件电位E°随pH值的增加向负方向移动，且成线性关系，由pH系数知参加反应的电子数与质子数相同；HAp-PVA/GCE和DNA/HAp-PVA/GCE上的E°随离子强度增大均向正方向移动，但它们之间的相对移动却几乎没有变化，表明二者之间的作用方式基本上不受溶液离子强度改变的影响。根据dsDNA/HAp-PVA/GCE的E°相对于HAp-PVA/GCE的E°正移，可判断出二者之间为嵌入作用。
5.DNA电化学传感器检测DNA氧化性损伤固定在电极上的dsDNA损伤后，与[Co(phen)3]3+/2+的作用减弱，[Co(phen)3]3+/2+的电化学信号变小。损伤越严重，信号则越小。因此根据[Co(phen)3]3+/2+电化学信号的变化可判断DNA的损伤程度。利用该DNA修饰电极检测了由Fenton反应引起的DNA的氧化性损伤，并讨论了抗坏血酸(AA)、Fe2+和EDTA浓度对DNA损伤的影响。结果显示，在该实验条件下，过量浓度的AA能加速Fenton反应的进行，使DNA损伤很快达到极限；损伤试剂中Fe2+浓度越大，产生的羟基自由基(OH·)也就越多，对DNA的损伤也就越严重；损伤试剂中EDTA的浓度越小，溶液中游离的Fe2+以及与DNA键合的Fe2+的浓度则相对越大，对DNA的损伤也就越严重。结果与其它检测方法一致。