随着人类基因组计划的顺利实施，用于DNA检测的异相基因传感器(genosensors)(或DNA生物传感器，DNA biosensors)研究更成为生物传感器中的前沿课题及热点，基因芯片(gene chips)技术已成为21世纪迅速升起的一颗生物技术的明珠。基因传感技术研究时间还相对较短，仍有许多关键技术迄待完善和提高，其发展和完善有赖于以下几方面的技术进步： ⅰ)基体表面探针的最适宜固定及表面分析，除探索新的固定化反应和筛选新的基体材料外，探针在基体表面的吸附取向、探针密度和多点吸附等表面微观结构亟需深入研究； ⅱ)杂交效率的提高、探针与靶标分子在界面杂交过程的热力学、动力学及界面对杂交过程热力学、动力学的影响等，同时，还需建立DNA表面杂交模型，解释一系列相关热力学和动力学参数变化的规律； ⅲ)杂交信号的有效转换和检测等问题也有待深入研究，大部分DNA电化学生物传感器的应用受到电活性杂交指示剂的限制，高选择性、高灵敏度、能识别特殊序列结构，如错配碱基序列的杂交指示剂的寻找是关键，基于界面电容、电阻、光电性质变化的无标记电化学检测法需深入探索。 以上基因传感技术关键问题的研究需要多学科的参与。电化学方法，包括传统电化学方法和电化学现场谱学、显微技术等是一种简单、快速、灵敏、无放射性 厦门大学理学博士学位沦文 自组装DNA的电化学 董丽琴200211污染的原位方法，是对电极界面上发生的分子间相互作用进行定性及定量描述的有用工具。但是，己有的研究大都停留在宏观的水平，电化学现场谱学技术未得到充分的运用。 本论文工作围绕如何解决以上基因传感技术中的某些关键技术问题，充分开拓电化学研究方法如电化学非现场、现场SERS光谱，交流阻抗技术及电化学石英晶体微天平技术等在DNA生物传感技术研究中的应用。利用修饰硫醇基团的寡聚核昔酸探针分子（SSDNA）在金基体表面自组装实现SSDNA的固定化。以金基体上自组装 SSDNA为研究对象，对自组装 SSDNA及其杂交双螺旋（dSDNA）的 SERS谱随电极电位的变化规律进行研究探讨，获得了吸附取向随电极电位变化的信息，在此基础上，尝试借助于阻抗频谱法识别寡聚核昔酸探针及其杂交双螺旋吸附取向的变化，并利用等效电路模型分析相应的阻抗谱数据，得到吸附取向变化过程的电极过程机理的信息。借助于石英晶体微天平（QCM）及电化学现场 SERS光谱技术，对寡聚核苦酸探针杂交进行实时检测，并考察了施加负电位对杂交效率的影响，运用电化学现场SERS光谱技术对探针分子与互补靶标序列杂交所引起的DNA结构、构象变化的杂交过程动态信息进行研究。在自组装SSDNA及dSDNA修饰电极上，尝试研究了一些电化学活性的杂交指示剂，如邻菲咯琳钻配合物离于厂。he…‘们和硫莫（血。de）与DNA的相互作用，并对将其作为标记物的可行性进行了讨论。对 ssDNA及 dsDNA与［Cotohen）3］‘＋／3”相互作用进行电化学现场朋贴研究，为二者相互作用机制提供分子水平的现场识别信息。本论文的主要研究结果可归纳如下：一、金基体上寡聚核昔酸探针的自组装及表征1．X－光电子能谱、红外漫反射光谱法研究表明，利用修饰硫醇的寡聚核苦酸探针在金基体上的自组装可实现寡聚核昔酸探针的固定。二、首次采用非现场SERS光谱法研究金基体表面自组装DNA的微观表面结构1．非现场SERS研究表明，大气环境中金基体上自组装寡聚核昔酸探针取向处于豆豆 中文摘要相对无序的状态，探针分子在基体表面可能以垂直、斜插及平躺等多种取向存在，斜插和平躺取向时，探针分子可能与金基体有多个吸附位点，即探针分子存在AU七键作用的同时，亦存在DNA碱基非键合吸附作用；2．大气环境中，杂交形成的dsDNA在基体表面以A型、B型两种构象同时存在，杂交过程可能伴随DNA链在基体表面吸附取向的变化。三、首次将电化学现场SERS光谱法用于识别自组装DNA吸附取向的变化1．根据现场SERS研究结果，ssDNA及dsDNA的大多数SERS谱带强度随电极电位正移而降低，尤其是归属于碱基A的两种面外振动模式谱带变化更为明显；2．利用SERS表面选择定则判断出随电极电位由负向正变化，ssDNA及dsDNA螺旋吸附取向由垂直吸附向斜插／平躺吸附于金基体表面变化，平躺吸附取向时，sSDNA及dsDNA与金基体表面存在多个吸附位点。四、首次运用阻抗频谱法识别88DNA及d8DNA吸附取向的变化及杂交1．阻抗频谱法研究表明，由于电位移动导致的ssDNA及dSDNA吸附取向变化会对其非法拉第吸附过程的电极界面阻抗产生影晌，进而影响电极界面阻抗的相应等效电路；2．当吸附取向有未发生变化时，选用两个不同的等效电路模型模拟相应的阻抗谱，当自组装DNA吸附取向发生变化时，取向变化过程等效于一个电阻Rp和电容Cp相串联的支路，该支路与原有非法拉第吸附阻抗的吸附电容相并联，且与取向有关的电容Cp具有恒相位元件的特征，其指数因子接近于卜3．阻抗频谱法研究进一步