研究药物与生物大分子之间的相互作用,有助于从分子水平了解药物的作用机理,同时为设计新型药物提供有价值的信息。作为遗传信息的载体,DNA在生物体中参与遗传信息在细胞内的存储、编辑、传递和表达,从而促成新陈代谢的全部过程及其控制。DNA是大多数抗癌,抗病毒试剂在体内的主要靶向分子。所有细胞和病毒中都含有DNA,而DNA在生物遗传中具有特殊功能,能否行使正常的遗传功能依赖于与其他分子物理、化学的相互作用。小分子物质,特别是一些药物分子,与DNA的作用,影响到DNA的生理和物理化学性质,改变了DNA的转译和复制。因此,研究小分子物质与DNA的相互作用有助于人们对DNA与蛋白质相互作用方式的了解,并且对一些致癌化合物的致癌机理,抗癌药物的药理和毒性,以及新型药物的设计合成方面都有很大的意义。目前有很多方法应用于实验室研究DNA与其它物质的相互作用,比如:凝胶电泳分析,核磁共振,DNA足印分析,荧光分析,紫外可见光谱分析以及黏度分析等。然而这些方法是不连续的而且需要各种标记方法,所以浪费时间并容易造成分析物的浪费,这些缺点限制了用这些方法来大规模的筛选药物。近年来,随着化学合成的现代技术、化合物分离手段和化学分子结构解析技术,以及分子识别、分子间相互作用的理论和研究技术的发展,基于常规溶液电化学发展起来的DNA修饰电极,由于其样品消耗量少,灵敏度高,在进行有关DNA研究方面,尤其在有关DNA传感器、基因芯片方面具有较大优势而取得了飞速发展。作为单层膜修饰电极发展的最高形式,分子自组装膜修饰电极在过去二十年得到了广泛的应用。基于以上情况,本论文以扫描电化学显微镜（SECM）、交流阻抗（AC impedance）技术和常规电化学方法,利用自组装膜修饰电极,制备了非水溶性的卟啉及其金属配合物自组装膜修饰金电极,在固液界面上研究了其与DNA的相互作用,并以自组装法制备了DNA修饰电极,研究了DNA与抗生素和抗癌药物之间的相互作用,获得了一些新的结果。论文共分为五章。第一章综述DNA的电化学研究具有重要的理论与实际意义,DNA的电化学研究已经成为生物电化学的一个非常有生命力的研究领域和前沿领域。本章主要综述了DNA与靶向分子相互作用的电化学研究进展和研究方法,及近年来自组装膜修饰电极的发展,包括自组装膜修饰电极的理论和研究方法及在分析化学中的应用。确立了课题的理论依据。第二章巯基卟啉（H₂MPTPP和H₂MBTPP）自组装膜修饰金电极的制备、表征及其与DNA的相互作用卟啉及其金属配合物广泛存在于自然界中,如肌红蛋白、血红蛋白、细胞色素P-450、过氧化酶中的铁卟啉、叶绿素中的镁卟啉、维生素B中的钴卟啉等。这类化合物对诸如氧的运载和转移（血红蛋白Hb）、氧贮存（肌红蛋白Mb）、活化催化加氧反应（细胞色素C）、酶催化（过氧化酶）和光合作用（叶绿素）等生命过程中发挥十分重要的作用。近年来,卟啉化合物以其对肿瘤组织的特殊亲合性受到广泛重视,它可成为抗癌的模型药物,还具有抑制HIV-1病毒的作用,国内外研究报道甚多,都是水溶性的卟啉与DNA相互作用,但是对非水溶性的卟啉与DNA相互作用的报道很少。利用自组装的方法,我们成功地将非水溶性的卟啉自组装到了金电极表面,制备了卟啉自组装膜修饰金电极,得到稳定有序的单层膜（SAM）,并用电化学方法（循环伏安法、扫描电化学显微镜技术和交流阻抗技术等）对其进行了表征,研究了它们和DNA的相互作用,获得了表观异相电子转移速率常数及表面覆盖度,为研究非水溶性卟啉和DNA的相互作用开辟了一条新的途径。结果表明,H₂MPTPP和H₂MBTPP可以与DNA发生强烈作用。通过分析峰电流、峰电势的变化,推测它们和DNA的作用模式均是静电吸附的表面结合模式,且H₂MBTPP与DNA更容易发生作用。第三章金属巯基卟啉（Co-MPTPP和Ni-MPTPP）自组装膜的制备、表征及其与DNA的作用本文主要利用自组装法,成功地将非水溶性的金属卟啉（Co-MPTPP和NiMPTPP）自组装到了金电极表面,得到稳定有序的单层膜（SAM）,研究了它们和DNA的相互作用,并运用了循环伏安法（CV）、扫描电化学显微镜法（SECM）以及交流阻抗法（ACimpedance）进行了表征,获得了表观异相电子转移速率常数及表面覆盖度,并与纯H₂MPTPP卟啉与DNA作用情况做了比较。结果表明,Co-MPTPP和Ni-MBTPP都可以与DNA发生强烈作用。通过分析峰电流、峰电势的变化,可知它们与DNA作用方式主要是静电作用,它们与DNA之间作用力的大小为Ni-MPTPP＞Co-MPTPP＞H₂MPTPP。利用该方法有望研制出DNA传感器,不仅可以定性的研究DNA,还可以定量的检测DNA,甚至有望对DNA片段和不同种类的DNA进行识别。卟啉自组装膜修饰电极在电化学基因传感器和DNA与其它分子的相互作用研究等方面有着广泛的应用前景。第四章DNA修饰电极的制备、表征及应用本文主要利用巯基化合物在金电极表面进行自组装,得到稳定有序的单层膜（SAM）,再在SAM上以共价键合的方法将DNA固定在金电极表面,制得DNA修饰电极。利用电化学方法、扫描电化学显微镜（SECM）技术对该DNA修饰电极进行了研究和表征。研究表明,利用修饰硫醇的DNA在金基底上自组装可以实现DNA的固定。同时借助于交流阻抗频谱法对此结果做了验证。进一步我们以金基体自组装DNA为研究对象,利用CV和SECM等电化学技术对自组装膜的成膜过程及动力学过程进行了探索性研究,取得了一些满意的结果。该DNA膜稳定性较好,并能耐水洗,适于与DNA相关的电化学研究。在DNA修饰电极上,研究了抗生素类药物与DNA在不同条件影响下的相互作用。并对其相互作用的机理进行了初步的探讨,认为卡那霉素和红霉素与DNA之间均以嵌入方式结合。第五章DNA修饰玻碳电极与阿霉素及其铜（Ⅱ）配合物相互作用的电化学研究阿霉素具有较强的抗肿瘤作用,为光谱抗癌药物。适用于急性白血病、恶性淋巴瘤、乳腺癌、肺癌、胃癌、肝癌等,因此阿霉素与DNA的作用研究受到了广泛的关注,与DNA的电化学作用研究已有报道,但都是DNA与阿霉素在水溶液中作用的研究,本文则是用表面化学的方法,即DNA修饰电极来研究DNA与阿霉素的相互作用。由于金属离子不仅与药物的心脏毒性有关,而且能促进葸环抗生素对DNA的裂解等损伤作用,提高药物的抗肿瘤活性。因此,研究金属离子、葸环抗生素药物与DNA的作用,对于深入了解这些药物在细胞内靶位的存在状态、作用方式以及毒性机理,化学合成核酸酶的设计都有重要意义。这部分是用电化学方法和紫外可见光度法研究了阿霉素及Cu²⁺配合物的与小牛胸腺DNA的相互作用,通过循环伏安法、计时库仑法、扫描电化学显微镜技术和交流阻抗技术,探讨一种表面电化学研究药物分子与DNA作用的新方法,以期可以对阿霉素的药物学性质以及药理作用的研究有所帮助。结果表明,阿霉素在DNA修饰玻碳电极上有较强烈的吸附,而且可以和DNA发生相互作用。通过计时库仑法得到了阿霉素与DNA作用的表面键合常数（K=2.67±0.4×10⁶）,键合位点数为1（/bp）和阿霉素铜配合物与DNA作用的键合位点数为2（/bp）,以及配合物在DNA修饰电极上的饱和覆盖量等信息,并通过交流阻抗表征和SECM表征,研究了阿霉素及其铜配合物在DNA修饰玻碳电极表面与DNA作用的表观异相电子转移速率常数,并相互印证,得出阿霉素及其铜配合物与DNA的作用模式均为嵌入模式,且阿霉素铜配合物与DNA作用比阿霉素本身更强的结论。通过本文的研究,希望对设计合理药物和进一步了解抗癌药物与DNA的作用机理有所帮助。