DNA电致化学发光分析方法研究
电化学发光的实验原理
电化学发光的实验原理
电化学发光实验原理：
电化学发光是指在氧化还原反应中释放出的能量被转化为光的现象。
它是一种新型的发光技术，具有高灵敏度、高分辨率、低检测限和广泛的应用前景。
电化学发光实验通常涉及两个方面：电化学反应和发光机制。
电化学反应：电化学发光的反应过程一般是将待测样品与反应电极放在一起，通入一定的电流，引起电化学反应，反应物在氧化还原过程中释放出能量，这能量被转化为发光。
发光机制：电化学发光的机制是通过电化学反应，激发反应物的电子从低能级跃迁到高能级，然后从高能级跃迁回到低能级时放出能量，这个能量就以光的形式释放出来。
在发光过程中，发光中心如分子、离子或金属离子等发生电子跃迁，其内部能量发生变化，从而导致发光。
电化学发光技术应用广泛，如在生物医学、环境分析和材料科学等领域都有重要的应用。
比如，在生物分析中，电化学发光技术可用于检
测蛋白质、DNA和药物等生物分子，具有高灵敏度、高分辨率和快速分析等优点。
电化学发光技术的研究与应用
电化学发光技术的研究与应用一、概述电化学发光技术（Electrochemiluminescence，ECL）是一种新型的光化学分析方法，通过电化学反应能够产生特定的化学物质，使其发出光信号。
该技术具有灵敏度高、特异性强、稳定性好等优点，广泛应用于生物医学、食品安全、环境监测等领域。
二、电化学发光技术原理电化学发光技术的原理基于电化学和光化学反应，是一种将化学能转化为光能的方法。
在实际应用中，通过控制电极电势，在电极表面引发化学反应，产生电化学发光反应。
这一反应可以分为两个步骤：氧化还原反应和激发发光反应。
氧化还原反应：通常通过正极产生氧化性物质，在负极产生还原性物质。
当正极带电，能够将电子传递到溶液中的分子，使其发生氧化反应，形成活性的中间体。
负极带电，则能够吸收电子，促使中间体还原为最初的化合物。
激发发光反应：中间体被还原后，会受到外部的激发，产生激发态，随着激发态的衰减，会释放出光子，形成发光现象。
三、电化学发光技术在生物医学领域的应用电化学发光技术在生物医学领域具有广泛的用途。
通过标记抗体、DNA探针等生物分子，可以快速、准确地检测各种生命体内的分子和细胞生物学特性。
以下是该技术在生物医学领域的主要应用：1.免疫分析：ECL标记的抗体用于检测肿瘤标志物、药物残留、生物分子等。
2.分子诊断：ECL用于检测DNA、RNA、蛋白质等分子的含量与种类，可用于疾病的诊断、病因研究等。
3.生物芯片：通过ECL技术将信号分子固定在电极表面上，可以大幅度提高微型芯片的检测灵敏度。
四、电化学发光技术在环境监测领域的应用电化学发光技术在环境监测领域也表现出良好的应用前景。
它可用于超低浓度有毒化学物质、生物毒素的检测，因此，在社区环境监测、食品卫生和水质安全监测等方面具有广泛的潜力。
1.土壤、大气环境监测：ECL可以用于饮用水中甲基对硫磷、硝基苯的检测，甚至可以检测到很低浓度下的化学物质。
2.食品安全：ECL可用于检测食品中生物毒素、农药残留等。
化学发光技术在蛋白质和DNA分析中的新进展
化学发光技术在蛋白质和DNA 分析中的新进展卢建忠 曹志娟(复旦大学药学院,上海200032)摘 要:化学发光技术在生物技术、分子生物学、药学、临床和环境等许多领域都获得了广泛的应用,有关化学发光的评论文章近年来也有许多报道。
本文就化学发光技术在蛋白质和DNA分析中的较有特色的新进展(2000年以来)进行了评述,引用文献30篇。
关键词:综述 化学发光 蛋白质 特定序列DNA 检测技术N e w Developments of Chemiluminescence in Proteinand D NA AnalysisL U Jianzhong CAO Zhijuan(School of Pharmacy,Fudan U niversity,Shanghai200032)Abstract:Chemil umi nescence(CL)has been ex ploited w ith a w i de range of applications i n dif f erentf iel ds,such as biotechnology,pharm acology,molecular biology,and cli nical and envi ronmentalchem ist ries.M any CL reviews i n dif f erent f iel ds have been recently presented i n Chi na and abroad.Here new advances of CL i n protei n and DN A analysis were reviewed w ith30ex am ples of i nterest2i ng and promisi ng CL techniques si nce2000.K ey w ords:review,chemil umi nescence,protei n,sequence-specif ic DN A,detection technique 化学发光分析是根据化学反应中所产生的辐射光强度,确定待测物含量的分析方法。
化学发光分析技术的研究及应用
化学发光分析技术的研究及应用一、引言化学发光分析技术已经成为生物医学领域中最受欢迎的检测方法之一。
它已广泛应用于生物分析、临床诊断、环境监测和食品安全等领域。
本文旨在探讨化学发光分析技术的研究及应用。
二、化学发光分析技术的概述化学发光分析可分为电化学发光和化学发光两类。
电化学发光是指在电极表面发生电化学反应，电化学反应所产生的激发态物质向基态跃迁时发生的发光现象，即电化学发光现象。
在这种方法中，通过电化学反应产生光，再利用光子计数器分析样品中的目标分子。
化学发光是指在化学反应中产生激发态物质，该物质向基态跃迁时释放出光子，即化学发光现象。
对于化学发光分析，灵敏度和选择性是关键。
三、化学发光分析中的发光机理化学发光分析是基于化学反应中放出的光子对产物浓度进行检测的技术。
光子释放的机理主要有三种：单分子化学发光、能量转移化学发光和化学反应发光。
1. 单分子化学发光机理单分子化学发光机理是指发光来自于一个分子的瞬间存在的激发态基态。
其内部转移是通过激发态、激发态分子、电子转移和融合步骤完成的。
2. 能量转移化学发光机理能量转移化学发光机理是指一个分子从一个激发态到另一个激发态的过程发射出光子，这种过程通常与非辐射过程相结合。
3. 化学反应发光机理化学反应发光机理通常涉及化学反应产生激发态物质，该物质向基态跃迁时释放出光子。
四、化学发光分析技术的应用化学发光分析技术已经应用于许多领域，包括生物分析、临床诊断、环境监测和食品安全等。
1. 生物分析化学发光分析技术可以用于检测细胞生长、酶活性、蛋白质分析、DNA检测和细胞代谢活性等。
典型的化学发光分析方法包括化学发光酶免疫法（CLEIA）和化学发光免疫测定（CLIA）。
2. 临床诊断化学发光分析技术可用于肿瘤标志物、激素及其代谢产物、风湿因子以及肾功能和心脏病等方面的临床诊断。
典型的化学发光分析方法包括固相化学发光免疫测定（SPCLIA）和发光免疫层析法（LIA）。
三螺旋DNA电致化学发光生物传感器的组装与表征
２ ０ １ ３年 ２月
青 岛 科 技 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
杂交， 形 成三 螺旋 Ｄ ＮＡ 结 构 。基 于二 茂 铁 对 联 吡 啶 钌 电 致 发 光 的 猝 灭 作 用 ， 将 电 致 化 学
发光技 术与三 螺旋 Ｄ ＮＡ 杂 交技 术相 结 合 ， 组 装 了一种 新 颖 的 三 螺旋 电致 化 学发 光 生物
传感器， 利 用紫 外可见 光谱 法 、 交 流 阻 抗 技 术 和 电 致 发 光 方 法 对 合 成 的 发 光 标 记 物 的 浓 度
进行 了标 定 ， 对传 感 器的组 装过程 进行 了表 征 ， 并 对 绑 定 剂进行 了优 化 选择 ， 形成 了三螺
旋 Ｄ ＮＡ 生物传 感 器 ， 将 为生 物活性 分子检 测提 供 一种有 效 的途径 。 关键 词 ：电致化 学发 光 ；生 物传感 器 ；三螺 旋 Ｄ ＮＡ；二 茂铁羧 酸 ；联 吡啶 钌
ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｏ ｆ ｌ ｕｍｉ ｎ ＯＵＳ ｍａ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ｗａ ｓ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏｂ ｅ ｓ ｏｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｂ ｉ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｃ ｈｏ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｆｉ ｎａ ｌ ｌ ｙ ａ ｖｉ ａ ｂｌ ｅ ｔ ｒ ｉ ｐｌ ｅ ｘ ＤＮＡ ｂ ｉ ｏｓ ｅ ｎ ｓ ｏｒ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｅ ｄ ．
新型DNA电致化学发光探针及其在DNA分析中的应用研究
新型DNA电致化学发光探针及其在DNA分析中的应用研究【摘要】：脱氧核糖核酸(DNA)被称为生命体内的遗传物质，研究发现人类的许多遗传疾病都与DNA分子中碱基序列的变异有关。
检测与疾病有关的变异对基因筛选、遗传疾病的早期诊断和治疗具有十分深远的意义。
DNA杂交分析技术是目前生物化学和分子生物学研究中应用最广泛的技术之一，是定性或定量检测特异DNA序列片段的有力工具。
目前，它已广泛应用在生命科学，尤其是医学的各个领域。
传统的DNA分子杂交采用的是放射性标记的检测方法，这种方法虽然灵敏度高，但存在放射性物质对人体及环境的危害。
自20世纪80年代以来，各种非同位素如酶、荧光素、生物素、地高辛标记的化学发光法和荧光分析法以及以电活性物质做标记的电化学方法相继问世，这些方法虽然在一定程度上克服了同位素标记的缺陷，但由于存在灵敏度不够高或检测系统庞杂或仪器价格昂贵或标记物不稳定等缺陷，还不能完全取代传统方法。
因此寻求简单、灵敏、可靠、价廉的非放射性标记的DNA检测方法具有十分重要的现实意义。
电致化学发光(ECL)分析是一种通过电极反应而产生化学发光的微量分析方法。
它将电化学技术与化学发光检测结合起来，弥补了电化学方法和化学发光方法的不足，具有灵敏度高、选择性好、动力学范围宽、检测快速方便、仪器价格便宜等优点，近几年来在分析化学，尤其在生物分析领域引起了人们的极大关注。
本论文通过研究了多种ECL活性物质的发光性能，并以这些物质为标记物制备了多种高灵敏度的DNA-ECL探针，结合DNA杂交技术和DNA固定化技术，将高灵敏度的ECL检测手段应用于生命物质DNA的序列识别及含量测定，为DNA传感器的研究和基因芯片的开发提供了新的思路和方法。
摘要论文主要研究内容如下:第一章绪论简单介绍了ECL分析方法的概念、原理和特点，重点介绍了各种ECL反应类型及其在分析化学中的应用，系统总结了各种ECL传感器，展望了ECL分析的未来发展方向。
超灵敏电化学及化学发光成像检测DNA
超灵敏电化学及化学发光成像检测DNA纪晗旭1，严枫2，雷建平1，鞠愰先1,*1南京大学生命分析化学教育部重点实验室，南京2100932江苏省肿瘤防治研究所，南京210009Tel./Fax: +86-25-83593593. E-mail: hxju@ 在传染病与遗传病诊断、环境与法医分析等领域中，特定序列的DNA检测具有重要的作用，而高灵敏的特定序列的DNA检测仍是一个巨大的挑战。
本工作利用DNA剪切酶循环放大以及DNA滚环扩增，可以极大地增加DNA检测的灵敏度。
另外，通过片段的特殊设计，引入了DNA催化信标的技术，可以使扩增出的片段同时具有良好的电化学与光学性质，以适应不同的检测需要。
致谢：感谢国家重点基础研究发展计划(2010CB732400)，国家重大科技专项(2009ZX10004 -313)，国家自然科学基金(20875044, 20821063, 21075055)资助。
参考文献：[1] Bi S.; Li L.; Zhang S. S. Anal. Chem.2010, 82, 9447–9454[2]Kong R. M.; Zhang X. B.; Zhang L. L.; Huang Y.; Lu D. Q.; Tan W. H.; Shen G. L.;Yu R. Q. Anal. Chem.2011, 83, 14–17Ultrasensitive electrochemical and visual chemiluminescencedetection of specific nucleic aidsHanxu Ji1, Feng Yan2, Jianping Lei1, Huangxian Ju1*1MOE Key Laboratory of Analytical Chemistry for Life Science，Nanjing University, Nanjing 210093, 2Jiangsu Institute of Cancer Prevention and Cure, Nanjing 210009 Tel./Fax: +86-25-83593593. E-mail: hxju@ The detection of DNA sequence is critical in various fields such as the diagnosis of infectious and genetic diseases, and environmental and forensic analysis. However, ultrasensitive identification of specific DNA sequence is still great challenge.This study combined target-triggered enzymatic recycling amplification and rolling circle amplification to greatly increase the sensitivity of DNA detection. Using a special designed sequence, a catalytic nucleic acid technology was introduced, which made the amplified fragment show good electrochemical and optical properties. This method could be adapted for various detection techniques.AcknowledgementsThis work was financially supported by the the Important National S&T Specific Project (2009ZX10004-313), National Natural Science Foundation of China (20875044, 20821063, 21075055) and National Basic Research Program (2010CB732400).Reference s[1] Bi S.; Li L.; Zhang S. S. Anal. Chem.2010, 82, 9447–9454[2]Kong R. M.; Zhang X. B.; Zhang L. L.; Huang Y.; Lu D. Q.; Tan W. H.; Shen G. L.;Yu R. Q. Anal. Chem.2011, 83, 14–17。
药物分析中的电化学发光法研究进展
药物分析中的电化学发光法研究进展随着现代医学科技的发展，药物分析的研究也日益重要。
其中，电化学发光法作为一种非常有效的技术手段，广泛应用于药物分析领域。
本文将从电化学发光法的原理、应用、优势以及研究进展等方面进行探讨。
一、电化学发光法的原理电化学发光法是基于电化学原理和化学发光原理相结合的一种分析方法。
在实验中，通过施加外部电压，使待测样品发生电化学反应，产生或消耗物种。
在反应过程中，有些物种通过激发态的产生，然后再通过辐射发射光子，从而形成发光现象。
这种方式既能提供分析所需的电化学信息，又能通过发光信号来实现灵敏度的提高。
二、电化学发光法的应用电化学发光法在药物分析领域广泛应用于药物的定量测定、质量控制、药物代谢研究等方面。
在药物的定量测定中，电化学发光法具有高选择性、高灵敏度的特点。
以药物A为例，通过在电化学发光传感器上修饰A的反应物，可以实现对A的特异性检测，避免了样品矩阵干扰。
同时，电化学发光法的灵敏度高，可以检测到极低浓度的药物A，满足药物测定的需求。
三、电化学发光法的优势相比于其他分析方法，电化学发光法具有许多优势。
首先，电化学发光法具有高灵敏度和选择性，可以实现对药物的高灵敏度测定和准确分析。
其次，电化学发光法的响应速度快，可以在较短的时间内完成分析过程。
此外，电化学发光法还具有操作简便、试剂消耗少、仪器设备相对简单等特点，降低了药物分析的成本，提高了工作效率。
四、电化学发光法的研究进展近年来，电化学发光法在药物分析领域取得了许多研究进展。
一方面，研究人员通过改进传感器材料、优化电化学条件等方式，不断提高电化学发光法的灵敏度和选择性。
另一方面，结合纳米技术、生物技术等新技术手段，推动了电化学发光法在药物分析中的应用。
例如，利用纳米材料修饰电极表面，可以增加反应物与待测药物的接触面积，提高灵敏度。
此外，结合生物传感器，可以实现对复杂样品中药物的快速检测。
综上所述，电化学发光法作为药物分析中的重要手段，具有广泛的应用前景和研究价值。
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DNA电致化学发光分析方法研究
电致化学发光(ECL)是在化学发光基础上发展起来的一种新的分析方法,它
是化学发光与电化学相结合的产物,兼具化学发光和电化学分析的优点,同时又
延伸出一些独特的优势,例如灵敏度高、抗干扰能力强、重现性好、可进行原位现场分析、动态范围宽等。
自2002年有关Si纳米粒子的ECL研究被报道以来,半导体纳米晶(SNCs)作为新型的ECL材料近年来备受关注。
与传统的分子发射物相比,半导体纳米晶有着独特的优点,例如尺寸/表面缺陷控制的发光、无光漂白、稳定性好。
因此,基于半导体纳米晶的ECL已经被广泛地应用于生物传感和生物分析中。
本论文研究了多种SNCs的ECL性能,并以这些物质为ECL发光体,结合DNA杂交技术、界面能量转移技术和酶的循环放大技术,实现了 DNA的序列识别及含量测定,为新型DNA传感器的开发提供了新的思路和方法。
1.基于金纳米粒子和等温循环双重放大的超灵敏ECL法检测DNA将具有等温放大效应的“DNA机器”与Au 纳米粒子对CdS半导体纳米晶膜ECL距离可控的猝灭与增强现象相结合,发展了一种新型超灵敏的ECL DNA传感界面。
ECL体系中的这种界面能量转移给生物识别元件的转换提供了一种新的方法,且等温DNA放大反应可以在室温条件下进行,因此避免了热循环的一些要求。
此研究结果不仅为超低浓度DNA检测提供了一种新的方法,还给DNA生物传感器对其他分析物的检测带来广阔的应用前景。
2.基于等温循环放大和双纳米粒子标记的三茎式探针的超灵敏单核苷酸多态性ECL检测方法基于等温循环协助的标
记有Au和CdTe两种纳米粒子(NPs)的三茎式探针,我们研发了一种新型的电致化学发光(ECL)检测单核昔酸多态性的方法。
本体系是由电极表面的CdS纳米晶(NCs)膜作为电致化学发光体,然后,将标记Au NPs的二倍茎结构探针DNA连接到纳米晶膜上,最后再与标记CdTe NPs的DNA链杂交形成三茎式结构的探针DNA。
此时的Au NPs和CdTe NPs对于CdS NCs 膜的ECL有着能量转移双猝灭作用,因此,极大地降低了背景信号值。
当基因突变的DNA(m-DNA)序列作为SNP的检测物出现时,三茎式结构的探针DNA就会被打开,标记CdTe NPs的DNA链将会被取代,而Au NPs也会远离CdS NCs膜,此时ECL
导致的Au NPs表面等离子场将会增强ECL信号,然后在溶液中引物、聚合酶、内切酶的等温循环扩大的协助下,ECL信号有了更进一步的提高。
当这种能量转移的三茎式探针体系与“DNA机器”结合后,提高了对SNP检测的选择性和灵敏度,对m-DNA的检测限低达35 aM。
该方法为研制新的高灵敏度、特异性的生物传感器件开辟了道路。
3.基于CdS:Eu纳米晶和Au纳米棒之间ECL-RET效应的超灵敏DNA分析方法本工作使用CdS:Eu纳米晶(NCs)作为电致化学发光(ECL)能量供体、Au纳米棒(AuNRs)作为ECL受体,设计了一种新颖的电致化学发光共振能量转移(ECL-RET)体系。
具有高消光系数的AuNRs的吸收波谱可以通过改变纳米棒的纵横比而较易地被调控,使其与CdS:Eu NCs膜的ECL发射波谱达到很好地匹配,从而获得高效率的ECL-RET。
这里我们使用6-碱基对的茎和12、30、45核苷的环结构的分子信标DNA,研究了 NCs-ECL和不同Au纳米粒子之间由光谱、距离和形状决定的ECL-RET的效率。
在优化的条件下,该ECL-RET体系被用于超灵敏、特异性的靶DNA检测,给临床分析带来了重要的应用前景。
4.基于目标分子循环放大和DNA酶猝灭效应的ECL传感器我们通过带有负电荷的3-巯基丙酸(MPA)修饰的CdS:EuNCs和带有正电荷的PDDA/石墨烯之间的静
电相互作用,制备了新型的K-掺杂石墨烯-NCs(K-GR-NCs)复合物。
这里,K-掺杂石墨烯纳米材料能够加速电极表面的电子传递,因此在玻碳电极(GCE)表面组装的K-GR-NCs复合物膜增加电极的有效面积,增强了 ECL信号。
然后我们将K-掺杂石墨烯-CdS:EuNCs复合物和核酸内切酶(NEase)辅助的链切断循环相结合,基于G-四链体/血晶素的DNA酶作为电化学催化剂用于还原CdS:EuNCsECL的共反应剂H202,发展了一种简单、无需标记、超灵敏和特异性的DNA生物传感器。