Тема: Изучение возможностей золотых пористых встречно-штыревых электродов в качестве сенсорной платформы для определения олигонуклеотидов
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Введение 5
1. Обзор литературы 7
1.1. Описание олигонуклеотидов в качестве аналитов 7
1.2. Описание биологических жидкостей в качестве объектов анализа 16
1.3. Методы, используемые для количественного определения
олигонуклеотидов 19
1.4. Электроды, используемые в электрохимических методах анализа для
определения ДНК, РНК и олигонуклеотидов 26
1.5. Описание встречно-штыревых электродов (ВШЭ) 28
1.6. Применение пористого золота в качестве электродного материала в
электроанализе 31
1.7. Постановка целей и задач исследования 34
2. Используемые методы 36
2.1. Сканирующая электронная микроскопия и энергодисперсионный
рентгеновский анализ 36
2.2. Циклическая вольтамперометрия 37
2.3. Спектроскопия электрохимического импеданса 40
3. Экспериментальная часть 48
3.1. Перечень используемых химических реактивов 48
3.2. Методики приготовления растворов 48
3.3. Перечень используемых приборов и оборудования 49
3.4. Устройство электрохимических ячеек 50
3.5. Этапы проведения электрохимического эксперимента 52
4. Результаты и их обсуждение 54
4.1. Характеризация используемых золотых пористых ВШЭ 54
4.2 Очистка поверхности золотых пористых ВШЭ 61
4.3. Иммобилизация олигонуклеотида-ловушки на поверхности ВШЭ 68
4.4. Модификация поверхности ВШЭ, самоорганизующимся монослоем 80
4.5. Гибридизация молекул олигонуклеотида-аналита с молекулами
олигонуклеотида-ловушки на поверхности ВШЭ 87
4.6. Сравнение аналитических сигналов от сенсоров на основе пористого и
гладкого ВШЭ 98
Заключение и выводы 104
Благодарности 105
Список литературы 106
📖 Введение
На данный момент в медицинской практике наиболее часто применяется полимерная цепная реакция (ПЦР) (англ. PCR) как основной метод определения олигонуклеотидов. Со времени создания и по сегодняшний день, меньше, чем за 50 лет, ПЦР-анализ уже внёс ощутимый вклад в массовую диагностику инфекционных, вирусных и бактериальных заболеваний, благодаря относительной быстроте и высокой специфичности [1-6]. Большинство методов ПЦР основаны на термическом циклировании, вследствие которого происходит увеличение целевых фрагментов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) до размеров от 100 до 10000 пар оснований. По количеству амплифицированного продукта и происходит дальнейшее изучение или анализ целевого фрагмента олигонуклеотида. Основные варианты исполнения анализа методом ПЦР являются качественными методами анализа содержания олигонуклеотидов в биологической матрице [7]. Исключением можно считать вариант исполнения количественного ПЦР (qPCR), который, в свою очередь, так же имеет большое число модификаций. Такой метод позволяет не только детектировать наличие целевой последовательности олигонуклеотидов в образце, но и измерять их количество. Кроме того, ПЦР с обратной транскрипцией (RT-PCR) отслеживает увеличение целевого фрагмента ДНК во время полимерной цепной реакции и может использоваться для полуколичественной и количественной оценки содержания целевого фрагмента олигонуклеотида. Для проведения количественного определения олигонуклеотидов методом ПЦР используются неспецифичные по отношению к целевой молекуле интеркалирующие красители и специфичные ДНК-зонды, вызывающие флуоресценцию [8-11]. Вследствие использования более
дорогостоящего оборудования и реагентов для количественного определения олигонуклеотидов, стоимость анализа повышается.
Использование электрохимических методов анализа для количественного определения олигонуклеотидов является перспективным направлением развития диагностики заболеваний вследствие дешевизны приборного исполнения анализа и достаточной быстроты его выполнения. Поэтому разработка миниатюрных электрохимических сенсоров для количественного определения олигонуклеотидов является актуальной в сегодняшнее время задачей. Примером таких сенсоров являются сенсоры, основанные на комплементарном связывании олигонуклеотида-ловушки с целевым олигонуклеотидом-аналитом. Одним из способов повышения чувствительности электрохимического детектирования олигонуклеотидов является использование в качестве сенсорной платформы встречно-штыревых электродов. Ранее было описано использование встречно-штыревых электродов из гладкого золота для количественно определения олигонуклеотидов - биомаркеров заболеваний. Дальнейшее улучшение аналитических характеристик подобных сенсоров может быть достигнуто с увеличением удельной поверхности электрода, за счёт использования пористых материалов. Увеличение удельной поверхности ВШЭ в данной работе было достигнуто за счёт использования электродов из пористого золота, ранее подобные структуры с изучены не были.
Цель настоящей работы состоит в изучении электрохимического поведения золотых пористых ВШЭ в качестве сенсорной платформы для количественного определения олигонуклеотидов и оценке аналитических характеристик разработанного сенсора по отношению к модельным аналитам. Для достижения целей данной работы впервые были изготовлены золотые пористые ВШЭ методом фотолитографии в вакууме. Исследование электрохимического поведения этого нового типа электродов (новой сенсорной платформы) носит фундаментальный характер, так как на основе полученных знаний возможна разработка сенсоров для определения широкого круга аналитов.
✅ Заключение
1. Была проведена характеризация поверхности золотых пористых ВШЭ, специально изготовленных для целей работы: были установлены геометрические размеры штырей (7.5 мкм) и зазоров (4.5 мкм), рассчитана геометрическая площадь рабочей области электрода (7.51*10-3 см2), а также определён диапазон размеров пор (30 - 160 нм).
2. На основе золотых пористых ВШЭ были разработаны двух- и трёхэлектродные сенсоры для количественно определения олигонуклеотида - биомаркера гриппа типа А с регистрацией аналитического сигнала методом спектроскопии электрохимического импеданса.
3. Оба сенсора имеют линейный диапазон от 10-9 М до 10-15 М и предел обнаружения 10-15 М олигонуклеотида - биомаркера гриппа типа А.
4. Чувствительность двухэлектродного сенсора в три раза выше, чем чувствительность трёхэлектродного сенсора: 91.61 Ом/М против 27.07 Ом/М, соответственно.
5. Сравнение трёхэлектродного сенсора на основе пористого ВШЭ с аналогичным сенсором на основе коммерчески-доступного гладкого ВШЭ показало, что сенсор на основе пористого ВШЭ при концентрации аналита 10-9 М позволяет регистрировать в 5 раз больший аналитический сигнал.
Кроме того, следует отметить, что изученные новые электроды - золотые пористые ВШЭ, - являются универсальной сенсорной платформой и могут быть применены для количественного определения множества других биомаркеров опасных заболеваний, а также в качестве сенсорной платформы для разработки газовых сенсоров.



