纳米材料电催化及电化学发光竞争置换法研究多环有机物与DNA的相互作用
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄荣富 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭良宏 |
| 关键词 | 电化学发光 竞争置换 DNA 结合常数 PAH羟基化合物 纳米材料 电催化 electrogenerated chemiluminescence (ECL) displacement binding constant OH-PAH nanomaterials and electrocatalysis |
| 其他题名 | Nanomaterials Electrocatalysis＆Investigation of the Interaction of Polycyclic Organic Compounds with DNA by Electrogenerated Chemiluminescence (ECL) Displacement |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 环境有毒污染物可通过饮食、呼吸、皮肤接触等多种途径进入生物体，大多数污染物进入生物体后，会与蛋白质、核酸等生物大分子发生直接或间接的作用，影响这些生物大分子的结构与功能。已有研究表明环境有毒污染物与DNA的结合作用将影响DNA的结构和稳定性，导致DNA链断裂、碱基被修饰等，最终引起癌变、突变、畸变等遗传毒性。因此从分子水平上研究有毒污染物与DNA的相互作用，对深入了解其毒理效应和毒性分子作用机制具有非常重要的意义。本文建立了一种高灵敏的电化学发光竞争置换法研究多环芳烃与DNA的相互作用。研究内容主要涉及以下四个方面： 1．电化学发光竞争置换法的建立：通过层层吸附自组装的方式在氧化铟锡(ITO)电极表面构建了DNA膜，选取与DNA嵌入结合后才具有电化学发光特性的[Ru(bpy)2dppz]2+ (Ru-dppz)作为指示剂，同时选择三丙胺(TPA)作为共反应物增强电化学发光信号。当被测化合物与指示剂发生竞争置换作用时，指示剂的电化学发光信号会因此而降低。通过目标化合物的浓度-电化学发光信号强度曲线，可以得到化合物的半竞争结合浓度IC50值，并可依此计算被测物质与DNA的结合常数。我们选用五种已知结合能力和结合方式的多环有机物来验证方法的可行性，包括4,6-diamidine-2-phenylindole (DAPI), H33258, thiazole orange (TO), ethidium bromide (EB)和quinacrine。利用竞争实验获得的IC50值计算得到这些物质与DNA的结合常数，与文献报道值相比较，基本一致，表明了建立的方法的可行性。 2．电化学发光竞争置换法研究羟基PAH与DNA的相互作用：鉴于本实验室前期工作中建立的电化学方法所需指示剂浓度较高，在研究26种单羟基PAH与DNA的结合作用时，其中八种物质的IC50值高于其在水中的溶解度，未能实现直接测定。而我们新建立的电化学发光法所需指示剂浓度更低，降低了待测物质的竞争浓度，因此可以测定这些物质，同时也证明了本方法具有较高的灵敏度。此外，我们还研究了12种多羟基PAH与DNA的相互作用，其中包括十种双羟基的物质，一种四羟基和一种环氧双羟基的物质，通过计算分别得到了这些物质与DNA的结合常数。这些物质的结合常数在1.7×105～17.8×105 M-1范围内，并深入探讨了待测物质结构与其结合能力之间的关系。 3．半导体纳米ITO粒子修饰电极Ru(bpy)32+体系电化学发光行为研究：为了进一步提高电化学发光方法的灵敏度，我们引入纳米ITO颗粒修饰电极，在保持电极光透性的前提下利用纳米粒子的电催化效应改善方法的分析特性。研究结果表明：纳米ITO对Ru(bpy)32+电化学发光共反应物三丙胺具有电催化特性，在纳米ITO电极上的起始氧化电位相对于普通ITO电极降低了500 mV。基于此纳米电催化效应，Ru(bpy)32+/TPA体系在半导体光透电极上的电化学发光特性得到大大改善。Ru(bpy)32+在光透性的纳米ITO修饰的半导体电极上的检测灵敏度提高了20倍，检出限降低至0.1 nM。此外，我们还研究了Ru(bpy)32+与其它共反应物C2O42-，NADH以及烷基胺类物质分别在纳米ITO电极上的电化学发光行为。 4．纳米金修饰ITO电极的电催化行为研究：在纳米材料电分析研究中，纳米金是最具代表性且应用最为广泛的金属纳米材料之一。因此，在本工作中研究了纳米金修饰电极的电催化行为。根据经典的Frens方法，分别合成了粒径为6，11，21，35以及72 nm的纳米金胶体；再利用氨基硅烷化试剂（3-氨基丙基-三乙氧基硅烷，APTES）将纳米金通过Au-NH2键修饰到ITO电极表面制备得到纳米金电极。实验发现多巴胺在硅烷化的ITO电极上(ITO/APTES)的电化学活性极低而在纳米金电极上却保持了较高的活性。因此，多巴胺在纳米金电极上的电化学行为不会受到基底电极的干扰。不同粒径纳米金电极以及同一粒径不同覆盖度纳米金电极上的多巴胺电化学行为表明，多巴胺在纳米金电极上的电化学活性并不比普通的金电极高，没有观察到纳米金的电催化行为。其中，不同粒径纳米金电极上的电化学行为的差异是由于传质方式的不同引起的。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-04-26 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/582]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄荣富. 纳米材料电催化及电化学发光竞争置换法研究多环有机物与DNA的相互作用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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