电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用

电化学DNA生物传感器是一种以DNA为生物识别元件并通过电化学信号转换器将目标物的存在转变为可检测的电信号的传感装置.因具有灵敏性高、选择性好、制备成本低、操作简单、携带方便、抗干扰性强等优点而被广泛用于环境分析领域.本文简要阐述了电化学DNA生物传感器的检测原理及DNA在电极表面的固定化方法,重点讨论了电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用,最后对电化学DNA生物传感器的发展方向进行了展望.     

用于核酸损伤和化合物基因毒性检测的新型DNA电化学传感器

利用电化学方法检测DNA损伤和污染物基因毒性具有重要意义．根据分子膜层层自组装的原理,将受化学损伤的小牛胸腺DNA固定于氧化铟锡电极表面,制备出核酸传感器界面．使用DNA嵌入剂二联吡啶二吡啶并[3,2- a;2’,3’-c]吩嗪钌[Ru(bpy)2dppz2+]作为电信号指示剂,与核酸膜结合后,进行电化学检测．由于嵌入剂具有很高的DNA结合能力和双链特异性,与DNA的结合数量在损伤前后发生变化．在电化学检测中,采用已研究成功的高倍数信号放大机制,用电子给予体草酸还原Ru(bpy)2dppz3+,使之循环产生电流信号．这样,嵌入剂与DNA结合数目的微量变化得到灵敏检测．在工作中,分别采用石英晶体微天平和电化学方法对DNA的表面固定进行了表征,计算出未损伤DNA的固定量为3．2 ng·mm-2,损伤DNA的固定量为4．2 ng·mm-2．对两种核酸膜进行电化学检测,发现在信号放大剂草酸溶液中,损伤DNA的电流信号显著高于未损伤DNA,前者是后者的2．2倍．通过荧光分析,得到Ru(bpy)2 dppz2+与损伤DNA的结合常数(K=1．07×107 M-1)和结合比(0．68)．嵌入剂与损伤DNA结合物的荧光强度是未损伤DNA 的1．5倍,说明损伤后嵌入剂结合量增加了1．5倍．损伤DNA电化学检测信号增高的主要原因是由于信号指示剂嵌入电极表面核酸数量的增加．利用高结合能力、高选择性的电化学嵌入剂,结合高倍数信号放大机制,可以对核酸损伤进行灵敏检测．     

环境污染物导致氧化应激的关键信号通路及其检测方法

环境污染物能够以多种途径进入生物体内,在体内产生含氧自由基等活性氧物质,并通过多种信号通路及酶反应引起氧化应激,造成生物体内的脂质过氧化、蛋白质损伤、DNA表达改变、酶失活等,从而引发心血管疾病、风湿类疾病、感染及癌症等的发生。本文对环境污染物致氧化应激产生的原因、涉及的信号通路及酶反应、造成的危害,以及常见的基于细胞模型的氧化应激检测方法进行了综述,期望为评价环境污染物和检测氧化损伤提供参考。     

环境污染物导致氧化应激的关键信号通路及其检测方法

环境污染物能够以多种途径进入生物体内,在体内产生含氧自由基等活性氧物质,并通过多种信号通路及酶反应引起氧化应激,造成生物体内的脂质过氧化、蛋白质损伤、DNA表达改变、酶失活等,从而引发心血管疾病、风湿类疾病、感染及癌症等的发生。本文对环境污染物致氧化应激产生的原因、涉及的信号通路及酶反应、造成的危害,以及常见的基于细胞模型的氧化应激检测方法进行了综述,期望为评价环境污染物和检测氧化损伤提供参考。     

基于丝网印刷电极的电化学传感器在农药残留检测中的应用综述

环境中农药残留具有较强的毒性,其长期残存会对环境生态系统和人类个体产生毒性效应,因而引起科研工作者的关注.目前,传统的色谱分析方法(如气相色谱法、液相色谱-质谱联用法等)是农药残留检测的主要手段,但是存在费时、样本处理复杂、仪器设备昂贵等局限性,因此,迫切需求建立简单、快速、灵敏的农残检测方法.生物传感技术具有诸多优势,特别是其可以简化样本处理/制备过程,实现场地检测,降低检测成本,有望将来取代传统的分析方法.本文主要综述了丝网印刷电极电化学传感器在农残检测中的研究进展.首先,简单介绍了丝网印刷电极及其制备,然后重点介绍了丝网印刷电极电化学传感器在有机磷类、氨基甲酸酯类、除草剂类等三类农药中的应用进展,并分别阐述了以酶、核酸、蛋白、抗体等为分子识别元件的生物传感检测原理,最后对丝网印刷电极的发展进行了展望.     

基于生物分子识别的水环境Hg~(2+)快速检测新技术研究进展

生物分子作为化学污染物靶标特异识别和检测的重要元件和材料,在检测领域得到了广泛应用和长足发展.本文总结了一系列基于生物分子识别或放大机制的水环境中Hg~(2+)快速检测新技术研究进展,新型Hg~(2+)检测方法以蛋白质、寡核苷酸、脱氧核酶等生物分子为基础,通过紫外、荧光、电化学、电化学发光或拉曼光谱等检测手段实现了环境水样中Hg~(2+)高灵敏甚至超灵敏检测,远远满足国家卫生标准或美国环境保护署的要求;同时还分析了相关检测原理和应用前景,生物分子经过修饰和改造后检测体系性能得以加强;生物分子与纳米材料,如贵金属纳米材料、氧化石墨烯、碳纳米管等相结合,并联合新型检测平台,大大推动了水环境中Hg~(2+)现场快速灵敏检测技术的发展,促进了多种Hg~(2+)检测传感新技术的建立.建议今后加强检测元件之间相互作用机制的研究,同时要提高现场快速检测设备的开发,进一步增强其在实际应用中的可行性和实用性.     

大气混杂污染物诱导8—羟基脱氧鸟苷的形成及机理

以DNA加合物8－羟基脱氧鸟苷（8－OHdG)作为DNA氧化损伤的生物学标志物，用高压液相色谱－电化学检测（HPLC－EC）法对大气混杂污染物染毒后的DNA中8－OHdG进行定量检测，通过气质联用法（GC－MS）进行有机成分分析和原子吸收法（AAS）对其进行无机元素分析，并从大混杂污染物化学组成成分的角度推理并证实了其造成DNA损伤的分子机理。     

环境污染条件下生物体内DNA损伤的生物标记物研究进展

在正常条件下生物体内的基因组是稳定的;但在环境污染条件下,其DNA容易遭受伤害,主要损伤形式为:碱基改变、脱碱基位点、碱基错配、插入或缺失片段、嘧啶联合、DNA加合物、DNA链断裂、甲基化损伤、DNA链内和链间交联等. 这些受损的DNA对生物细胞产生遗传毒性或细胞毒性. 利用生物标记物进行DNA损伤的检测和定量分析是可行的方法. 本文重点介绍了一些典型的DNA损伤(如DNA加合物、断裂、DNA序列改变等)的生物标记物及其检测方法;认为这些生物标记物在环境污染物的早期诊断和评价方面具有广阔的应用前景. 参32     

电化学模拟-质谱技术在环境领域的发展与应用

有机污染物的环境转化及生态风险是环境领域的研究热点,然而常规的研究手段程序繁琐、成本较高,且信息量有限,因此当前迫切地需要发展一项可以快速评估有机污染物的环境转化行为与风险的技术手段。在线电化学模拟-质谱技术是由注射泵、电化学反应池、联机的高效液相色谱仪及质谱检测仪组成的可用于快速评估有机污染物环境转化行为及风险的技术。本文对电化学模拟-质谱技术在环境领域中的发展与应用情况进行了详细的阐述。采用该技术可以使有机污染物在电化学反应池内发生氧化或还原反应,经联机的质谱仪检测得到活性中间产物及最终产物的结构信息,以模拟有机污染物在环境中的氧化或还原的转化过程以及研究污染物的环境结合残留机制;通过在电极表面产生电芬顿反应,可模拟研究难降解有机污染物在敏化光解或高级氧化处理工艺中的转化路径;根据有机化合物在电化学反应池内的起始反应电压可以判断有机污染物在环境中的持久稳定性。此外,电化学模拟-质谱技术可用于模拟研究有机污染物在生物体内经代谢后形成的活性中间产物与酶、蛋白质及DNA等生物大分子的结合致毒机制。与传统研究手段相比,电化学模拟-质谱技术具有快速、简便及产物信息全面等显著优越性,将在有机污染物的环境行为、水处理技术、环境监测、环境健康风险等研究领域有更广泛的应用。由于该技术刚刚起步,今后在电极材料的多样化、系统的自动化等方面有待进一步发展。     

^32P后标记方法测DNA加合物

用~(32)P后标记的方法测DNA和环氧苯乙烯体外反应的加合物,是将小牛胸腺DNA和环氧苯乙烯仿照体内条件进行体外反应,反应产物在核酸内切酶及外切酶的存在下,水解成2’-脱氧核糖核苷3’-单磷酸(dNmP).这种水解后的3’-单磷酸在T_4多核激酶的存在下,使γ~(32)P ATP上的放射磷与核苷的磷进行交换反应,生成2’-脱氧核苷-3’,5’-二磷酸(dNDP).被标记的3’,5’-二磷酸及加合物,通过ODS薄层色谱板及PEI纤维阴离子交换色谱板进行适当的分离分辨分析,使DNA加合物从正常的核酸分子中分离出来.用自显影加上空白对照确定加合物的指纹图,最后用液体闪烁计数要定量分析DNA加合物的量。 用这种方法测DNA和环氧苯乙烯体外反应加合物,在自显影指纹图上发现5种多余的斑点,初步确定是DNA的5种加合物或加合物的衍生物.它们的修饰点是鸟嘌呤上的N-7,N-2,O~6位,修饰量在本实验的条件下是1加合物/10~4—6正常核酸.同时用这种方法测动物活细胞和环氧苯乙烯修饰反应产物,发现有DNA加合物存在.在职业接触苯乙烯工人静脉血中也发现有DNA-环氧苯乙烯的加合物,测定结果其样品指纹图与体外反应DNA指纹图类似. ~(32)P后标记方法是灵敏的,最高可侧到1加合物/10~(10)—11正常核酸,这已接近二倍体细胞的基因水平,是当今测DNA加合物方法中最     

用~(32)P后标记方法测定职业接触苯乙烯工人静脉血中DNA-环氧苯乙烯加合物

用~(32)P后标记方法,对一组22例接触苯乙烯的工人和8例未接触苯乙烯(空白)的工人进行测试,其静脉血中的淋巴细胞有4例(高浓度,大于40ppm)发现DNA-环氧苯乙烯加合物;而另外接触高浓度苯乙烯、低浓度苯乙烯和空白试样中,均未发现。在已测出的4例中,加合物形成水平为0.07—3.38加合物/10~7正常核酸,DNA的总损伤水平为5—9加合物/10~7正常核酸。 用小牛胸腺DNA、四种脱氧核苷3′-单磷酸分别与环氧苯乙烯进行体外反应,然后用~(32)P后标记法测定产物中的DNA加合物,初步确证有六种加合物及其衍生物存在,修饰位置是鸟苷碱基。并确证了其中三种加合物的化学结构,另外几种加合物的结构有待进一步鉴定。 ~(32)P后标记法测DNA加合物,灵敏度高达1加合物/10~(10)正常核酸,近于人体二倍体细胞基因水平(1.2×10~(10)碱基)。     

应用紫外及荧光光谱法研究三种醛类污染物对牛腺DNA的损伤作用

应用紫外光谱移动法和溴乙锭荧光法对三种醛类化合物与牛腺ＤＮＡ的加合以及它们引起的ＤＮＡ－ＤＮＡ交联进行了检测。结果表明,甲醛和乙醛能够与ＤＮＡ形成共价加合物,与四种脱氧核苷加合顺序分别为ｄＧ〉ｄＣ〉ｄＡ〉ｄＴ和ｄＡ〉ｄＧ〉ｄＣ〉ｄＴ,丙烯醛与ＤＮＡ的加合不能用紫外光谱移动法测定。甲醛能够显著地引起ＤＮＡ－ＤＮＡ的交联;乙醛也有这种作用,但不显著;丙烯醛的交联作用未测出,可能是由于羰基碳正电性较弱,     

Glutathione S-transferase gene polymorphism,cigarette smoking and DNA damage

Several factors such as smoking habits, diet, occupational, and environmental exposure to chemical carcinogens influence the overall level of DNA damage. In 69 healthy adult volunteers’ polymorphisms of glutathione S-transferase (GST), an enzyme which participates in the metabolism of a broad range of carcinogens and endogenous compounds were determined. The level of DNA damage was assessed by comet assay and classified according to GSTT1/M1 genotype and smoking habits. GSTM1 null genotype was recognized in 48% of studied subjects and GSTT1 null genotype in only two cases (3%). In subjects carrying GSTT1/M1 alleles a significantly lower degree of DNA damage, determined as % DNA in the comet's tail, than in null individuals was noted. However, the results obtained did not indicate that in studied subjects an elevated endogenous level of DNA damage may be significantly related to smoking habits.     

用^32P后标记方法测定典型有毒污染物的DNA加合物

＾３２Ｐ后标记方法测定生物样品里的有毒污染物－ＤＮＡ加合物的过程是用小球菌核酸酶和脾核酸酶将ＤＮＡ及加合物酶解成为２‘－脱氧核苷３’－单磷酸，以它为底物，在Ｔ４多核到激酶的催化下，与γ＾３２ＰＡＴＰ进行文笔磷的转移反应，形成带放射磷的２‘－脱氧核苷３’，５‘－二磷酸酯ＯＤＳ－ＴＬＣ吸附薄层板和ＰＥＩ－ＴＬＣ阴离子交换薄层板将标记过的带放射磷的＾＊３’，５‘－二磷酸酯分离分辨，然后用自显影技术制成加     

基于光谱学和电化学方法的莠去津毒理作用评价

为探索莠去津对DNA的损伤及其毒性作用机制,采用紫外吸收光谱法、荧光光谱法以及电化学方法研究了莠去津与鲱鱼精DNA的相互作用,探讨了二者形成DNA加合物的作用方式.结果表明,莠去津与鲱鱼精DNA作用后,莠去津的紫外光谱呈现减色效应,并有轻微红移现象,而其荧光光谱强度明显增强;循环伏安法显示莠去津与DNA作用能引起莠去津还原电位正移,峰电流减小.以上实验结果表明,莠去津平面分子能够嵌插到DNA双螺旋链中,形成较稳定的加合物.采用电化学方法测得莠去津与鲱鱼精DNA的结合比为1:1,结合常数为1.2×105.该研究为莠去津毒理作用评价提供了一种简便的方法。     

Effect of the chemical composition of organic extracts from environmental and industrial atmospheric samples on the genotoxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons mixtures

Particulate organic matter (PM) present in the atmosphere is a complex mixture of chemicals like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) that may exert adverse health effects including respiratory and cardiovascular disturbances and cancer. In this study, airborne samples from environmental or industrial areas exhibiting different physicochemical composition were compared for their capacities to induce DNA damage in human hepatocytes HepG2. DNA strand breaks and DNA adducts formed by benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE), the most reactive metabolite of the carcinogenic benzo[a]pyrene (B[a]P), were measured with the comet assay and by high-performance liquid chromatography (HPLC)/mass spectrometry, respectively. Cells were exposed to organic matter extracted from PM. Experiments were performed either at a constant concentration of B[a]P or at concentrations corresponding to fixed air volumes. Results show that industrial extracts tend to produce more benzo[a]pyrene diol epoxide-N ²-2′-deoxyguanosine (BPDE-N ²-dGuo) DNA adducts than strand breaks, whereas the opposite was observed with environmental extracts. The chemical composition of the extracts significantly impacts the nature and levels of DNA damage. The amount of B[a]P and interaction with other contaminants in the extracts need to be considered to explain the formation of DNA damage. These results emphasize the use of in vitro tests as promising and complementary tools to widely used toxic equivalent factor (TEF) approach in order to assess health hazards related to chemical exposure of the general population.     

Involvement of mitochondrial dysfunction in nanosized lead oxide induced cellular damage in human lung alveolar epithelial cells

High levels of industrial lead (Pb) exposure have decreased in the last 10 years as an outcome of removal of the metal from gasoline and paints. However, environmental Pb exposures remain extensive and may be correlated with adverse human health outcomes. The present study was designed to examine molecular mechanisms underlying cytotoxicity of lead oxide nanoparticles (PbONPs) on human lung alveolar epithelial (A549) cells. When A549 cells were incubated with PbONPs, the production of reactive oxygen species was enhanced as observed by 2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate. PbONPs significantly reduced proliferation of A549 cells and increased caspase3 activity. In addition, exposure of PbONPs decreased levels of glutathione, and increased lipid peroxide levels and activities of superoxide dismutase and catalase. Exposure of PbONPs enhanced DNA damage as evidenced by tail DNA (%) and olive tail moment. Taken together, these finding indicated that PbONPs diminished cell proliferation and increased apoptotic cell death of A549 cells.     

ZnO薄膜光电催化降解乙酰甲胺磷

采用溶胶-凝胶法制备了ZnO薄膜,并通过光电流响应、EIS、SEM、XRD等分析方法对其光电化学性能、表面形貌和结构进行表征.以制备的ZnO薄膜为工作电极对乙酰甲胺磷进行光电催化降解.实验表明,ZnO薄膜电极在UV照射下能够有效地光电催化降解乙酰甲胺磷,加入适量H2O2后具有一定的协同作用.在H2O2浓度为9.908 mmol.L-1,外加电压为1.2 V,支持电解液Na2SO4浓度为0.01 mol.L-1,溶液pH值为5.4的条件下,对0.1 mmol.L-1的乙酰甲胺磷180 min的降解率可达到89.6%.