| 题名 | 光电化学传感器研究环境污染物对DNA的损伤机理 |
| 作者 | 贾素萍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭良宏 |
| 其他题名 | Mechanistic Investigation of Envirommental Pollutants Induced DNA Damage by Photoelectrochemical DNA Sensor |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本实验室建立了一种新型的光电化学DNA传感器，可用来快速有效地检测环境污染物对DNA的损伤。此传感器用层层自组装的方式将PDDA及DNA组装到电极表面，金属复合物Ru(bpy)2(dppz)2+作为光电信号分子，该Ru复合物可特异性结合到双链DNA双螺旋结构中。当电极上的DNA膜被损伤后，DNA结合信号分子的能力下降，导致光电流降低。本论文中，我们使用自己建立的光电化学传感器研究了低浓度的Fe2+引起的DNA损伤，并对Fe2+参与DNA损伤的机理进行了考察。此外还对苯醌类化合物自身对DNA的加合物损伤及在H2O2存在下不依赖于金属离子而产生的羟基自由基对DNA的氧化损伤进行了详细的研究，并对其机理进行了初步探讨。 过渡金属参与的Fenton反应产生的羟基自由基可以引起DNA结构和功能的变化，进而使DNA 中传信息的稳定性受到不同程度的破坏，具有致癌、致畸、致突变的潜在危险。实验中我们发现单独的Fe2+会有很强的抑制光电信号的作用，这种抑制作用依赖于Fe2+溶液的pH值，结合对SnO2胶体的等电点的研究我们可以推断Fe2+可吸附在SnO2半导体电极上进而抑制了信号分子的电子传输并且导致光电流的下降，为了避免此现象最终选Fe2+溶液的pH为3.0。在此条件下我们用光电化学传感器可检测到10 μM Fe2+/40 μM H2O2 引起的DNA氧化损伤。基于光电化学传感器膜表面反应的模式进行研究，发现Fe2+可以先与电极表面的DNA结合后再参与Fenton反应导致DNA的损伤。 卤代酚类化合物被广泛应用于农药，其中五氯酚（PCP）已经被美国环保局列为主要的 环境污染物且被国际癌症研究署列为2B 级环境致癌物。PCP 的代谢及毒性研究表明其基因毒性部分是由于在酶代谢过程中产生了活性较强的四氯苯醌（TCBQ），这些代谢产物能够直接作用于DNA 形成加合物。此外，最近的研究显示TCBQ 及其他苯醌类化合物可不依赖于重金属离子在H2O2 存在的条件下产生羟基自由基（HO•），这些HO• 可造成DNA的氧化损伤。我们用实验室建立的光电化学传感器检测苯醌类化合物对DNA 的损伤，实验结果表明该传感器可以有效检测到100 μM 四氯苯醌（TFBQ）对DNA 的加合物损伤及100 μM TFBQ/2 mM H2O2 对DNA 的氧化损伤。且由光电数据可以发现四种卤代苯醌在对DNA 损伤过程中表现出不同的活性：在双氧水存在的情况下，TFBQ 比其他三种氯代苯醌对DNA 的氧化损伤要强，但是对于单独的卤代苯醌，TFBQ 作用于DNA 形成加合物的能力最弱。综合光电、荧光及电泳的数据可知TFBQ 与H2O2 作用产生HO•的活性最强，对DNA 的氧化损伤也更强。最后利用传感器表面模式我们推断当TCBQ 与其他两种DCBQ与DNA 共价形成DNA 加合物后，在后续反应中即使存在H2O2 的条件下也不会对DNA进一步产生氧化损伤。 但是在上述两个实验中，损伤液的浓度均在微摩尔级别，而环境中很多污染物在人体 内或动物体内的浓度远远没有达到微摩尔级，因此我们期望改变构建光电传感器的基底 （SnO2 纳米颗粒半导体电极）而进一步提高传感器的检测灵敏度。我们将SnO2 纳米溶胶与TiO2 纳米颗粒进行混合制备电极，由此构建的传感器相较于单独的SnO2 构建的传感器的信噪比提高了1.5 倍，并能够有效检测到3 μM Fe2+诱导的Fenton 反应对DNA 的氧化损伤。为了进一步提高光电化学传感器的灵敏度，我们用阳极氧化的方法在Ti 基底上制备成TiO2 纳米管电极，用SEM 及XRD 方法进行表征，初步实验结果显示该电极有良好的光电特性，但由于该电极为非透明电极，对于组装传感器及信号检测有不利的影响，因此我们期望在ITO 电极上溅射Ti 膜然后阳极氧化制备透明的TiO2 纳米管电极并组装传感器，此部分实验还在进行中。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 公开日期 | 2011-07-29 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/604]  |
| 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 | 贾素萍. 光电化学传感器研究环境污染物对DNA的损伤机理[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
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