2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C60的合成及在花椰菜花叶病毒启动子DNA传感检测中的应用

doi:10.7503/cjcu20200744

摘要/Abstract

摘要：

通过1,3-偶极[3＋2]环加成反应, 合成了2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C₆₀吡咯烷衍生物(HMP-C₆₀); 采用红外光谱、紫外吸收光谱、元素分析和液相色谱-质谱联用技术对产物的化学结构进行了表征. 基于该衍生物具有功能性的含氮和含氧基团, 通过滴涂法将其修饰在玻碳电极表面上, 并以Zr⁴⁺为桥联试剂将探针DNA通过 5′-PO₄^{3 -}组装到HMP-C₆₀修饰电极表面, 构建了基于HMP-C₆₀修饰电极的电化学DNA传感器. 以[Fe(CN)₆]^3-/4-为电活性探针, 对不同修饰电极进行了电化学表征, 并采用电化学交流阻抗法考察了该传感器对花椰菜花叶病毒(CaMV35S)启动子特征片段的分析性能. 实验结果表明, 在1.0×10^-13 ~ 1.0×10^-9 mol/L浓度范围内, 该电化学传感器电子转移阻抗变化值(ΔR_et)与目标序列浓度对数(lgc_S2)呈现良好的线性关系, 检出限为4.0×10^-14 mol/L (S/N=3). 该传感器能有效识别完全互补序列、碱基错配序列和非互补序列, 表现出良好的选择性.

关键词: 富勒烯, 吡咯烷衍生物, 加成反应, DNA电化学传感器, 阻抗法

Abstract:

A new pyrrolidine derivative of 2-（2-hydroxy-3-methoxyphenyl）-C₆₀ pyrrolidine derivative（HMP-C₆₀） was synthesized by a 1，3-dipolar ［3+2］ cycloaddition reaction， and the chemical structure of the product was characterized by means of infrared spectroscopy， ultraviolet absorption spectroscopy， elemental analysis and LC-MS. The HMP-C₆₀ was then immobilized on the surface of the glassy carbon electrode by coating. Then， on the basis of the strong coordination between Zr⁴⁺ and the oxygen-containing groups， Zr⁴⁺ was used as a bridging reagent to tether probe DNA with the 5′-end modified phosphate group on the surface of the HMP-C₆₀ modified electrode. Thus， an electrochemical DNA sensor based on HMP-C₆₀ modified electrode was constructed. Using ［Fe（CN）₆］^3-/4- as the electroactive probe， the electrochemical characterization of different modified electrodes was carried out， and the performance of the sensors for analyzing the characteristic DNA fragments of cauliflower Mosaic virus（CaMV35S） promoter was investigated by impedance method. The experimental results showed that in the concentration range of 1.0×10^-13—1.0×10^-9 mol/L， the electron transfer impedance changes（ΔR_et） of the biosensor had a good linear relationship with the logthrim values of the target DNA concentrations（lgc_S2）， and the detection limit was estimated to be 4.0×10^-14 mol/L（S/N=3）. The biosensor can effectively identify complementary sequences， base-mismatched sequences and non-complementary sequences， showing a good selectivity.

Key words: Fullerene, Pyrrolidine derivative, Cycloaddition reaction, DNA electrochemical biosensor, Impedance method

中图分类号:

O657

TrendMD:

吴杨仪, 陈建平, 艾益静, 汪庆祥, 高飞, 高凤. 2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C₆₀的合成及在花椰菜花叶病毒启动子DNA传感检测中的应用. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1754.

WU Yangyi, CHEN Jianping, Ai Yijing, WANG Qingxiang, GAO Fei, GAO Feng. Synthesis of 2-（2-Hydroxy-3-methoxyphenyl）-C₆₀ and Its Application for Sensing of Cauliflower Mosaic Virus 35S Promotor. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1754.

图/表 8

Scheme 1 Synthetic route of HMP?C60

Scheme 2 Illustration for the preparation of the HMP?C60 based DNA biosensor

Fig.1 UV?Vis absorption spectrum(A) and mass spectrum(B) of synthesized HMP?C60

Fig.2 CV(A) and EIS(B) responses of different modified electrodes in 1.0 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-a. Bare GCE; b. HMP?C60/GCE; c. Zr/HMP?C60/GCE; d. S1/Zr/HMP?C60/GCE.

Fig.3 Nyquist plots of S1/Zr/HMP?C60/GCE hybridized with different concentrations of S2(A) and the linear relationship between ΔRet and lgcS2(B)cS2/(mol?L-1): a. 1.0×10-13; b. 1.0×10-12; c. 1.0×10-11; d. 1.0×10-10; e. 1.0×10-9.

Table 1 Comparison of analytical performance of carbon materials-based nuclei acid biosensors

Sensing material	Method	Target	Linear range/(mol?L^-1)	Detection limit/(mol?L^-1)	Ref.
Graphene?Nafion	EIS^a	HIV?1^b gene	1.0×10^-13—3.5×10^-10	2.3×10^-14	[21]
N?doped rGO^c	DPV^d	miRNA?155	1.0×10^-11—1.0×?10^-4	1.0×10^-12	[22]
Graphene oxide	EIS	—	1.0×10^-12—1.0×10^-8	3.5×10^-13	[23]
Thionine?graphene	DPV	ALF^e	2.0×10^-12—2.0×10^-7	1.26×10^-13	[24]
HMP?C₆₀	EIS	CaMV35S	1.0×10^-13—1.0×10^-9	4.0×10^-14	This work

Fig.4 EIS responses of S1/Zr/HMP?C60/GCE hybridized with different DNA sequencesa. S1/Zr/HMP?C60/GCE; b. S2?S1/Zr/HMP?C60/GCE;c. S3?S1/Zr/HMP?C60/GCE; d. S4?S1/Zr/HMP?C60/GCE.

Fig.5 Reproducibility(A) and stability(B) of the biosensor

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2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C₆₀的合成及在花椰菜花叶病毒启动子DNA传感检测中的应用

Synthesis of 2-（2-Hydroxy-3-methoxyphenyl）-C₆₀ and Its Application for Sensing of Cauliflower Mosaic Virus 35S Promotor

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