Co（Eim）4（NCS）2与DNA的相互作用机理研究

图4.1.5为Co（Eim）4（NCS）2分别在裸电极（GCE），dsDNA/GCE和ssDNA/GCE上得到的循环伏安图。由图可知，配合物在dsDNA/GCE上的氧化还原峰（pds，I和pds，I´）较其在裸玻碳电极上有明显增大，表明配合物在dsDNA/GC电极表面产生了富集，即二者在电极表明发生了相互作用。此外，该对氧化还原峰的式量电位与裸电极相比有所正移，表明该对氧化还原峰来自于嵌插于dsDNA双螺旋结构中的配合物[128]。另外，我们发现在dsDNA/GC电极表面，配合物的该对氧化还原峰电位差和氧化还原峰电流比值分别为0.9，较其在裸电极上均更接近于标准能斯特反应，表明该配合物在dsDNA/GCE上的电化学可逆性有所提高。这些结果与水溶液中二者相互作用的结论一致。

图4.1.5　Co（Eim）4（NCS）2在裸电极（—），dsDNA/GCE（━）和ssDNA/GCE（--）上的循环伏安图

而奇怪的是我们在ssDNA/GCE上发现了两对电化学氧化还原峰，分别出现在0.080 V（pss，I），0.023 V（pss，I＇）和-0.115 V（pd，II），-0.221 V（pds，II＇）处。通过比较，我们发现，第一对峰（pss，I，pds，I＇）的峰电位接近于配合物在裸电极和dsDNA/GCE上的氧化还原峰，但峰电位有所正移；而第二对峰却出现在较远的低电位区。在此研究体系和条件下，只有配合物具有电化学活性，据此，我们推测产生这两对峰的原因可能与该配合物在ssDNA/GCE表面上的两个不同电化学过程有关。Pang等[202]曾研究了Co（bpy）33+与DNA在电极表面的电化学行为，结果显示Co（bpy）33+在dsDNA修饰电极表面也出现了两对氧化还原峰，并根据实验推测两对氧化还原峰分别由配合物与dsDNA之间的嵌插作用和静电作用引起。Goodings等[215]也曾研究了一种阴离子染料2，6-二磺酸蒽醌与DNA在电极表面的相互作用，并应用于特定序列基因片断杂交的实时检测，结果表明随着杂交反应的进行，在电极表面也出现两个对应于2，6-二磺酸蒽醌的特征峰，作者将其中一个归属于染料通过修饰电极表面的空隙直接与电极表面接触发生的电化学反应，而将随杂交反应的进行逐渐增大的另个一个峰归属于嵌插于形成的双螺旋DNA中的染料通过DNA碱基对电子转移产生的电化学信号。总之，DNA修饰电极表面形态发生变化及电活性物质与DNA之间的不同结合模式都能使电化学活性物质在修饰电极表面产生多个电化学特征信号。

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图4.1.6　Co（Eim）4（NCS）2在ssDNA/GCE上电化学响应的机理示意图

根据本体系中钴配合物的电荷特点及ssDNA的二级结构特征，可以排除配合物与ssDNA在电极表面嵌插作用的存在，因此我们推测可能的原因是：在吸附法和自组装法制备DNA修饰电极时DNA很难完全覆盖整个电极表面，总会留有一定的空隙，因此电活性小分子总能通过这些空隙与电极表面发生直接接触产生电化学信号；另外，由于DNA在电极表面的存在及小分子与DNA的某种相互作用也能产生另一种电化学信号。在本试验中，对于dsDNA/GCE，因为通过嵌插产生的配合物氧化还原峰电位与其在电极表面直接氧化还原峰电位接近，二者发生了叠加，表现为一对略有正移的氧化还原峰；而对于ssDNA/GCE，我们推测Co（Eim）4（NCS）2与ssDNA在电极表面发生了如图4.1.6的电化学过程，高电位区的pss，I，pss，I＇可能归属于配合物与电极表面直接接触产生的氧化还原峰，同时因为电极表面ssDNA的不导电性及空间位阻效应，使其峰电位略微正移且峰电流减小。同时，因为ssDNA的二级双螺旋结果已经被破坏，因此在低电位区的第二对氧化还原峰ps，II，ps，II＇可能来源于配合物上的-NCS基团与ssDNA中腺嘌呤上的N原子和胸腺嘧啶上的O原子之间的氢键作用或Eim基团与胸腺嘧啶上甲基之间的范德华作用[216]。

图4.1.7　dsDNA/GCE（a）　和ssDNA/GCE（b）　在6.00×10-4mol/L Co（Eim）4（NCS）2中富集饱和后取出经二次蒸馏水淋洗，在0.02 mol/L pH 7.1　Tris-HCl空白液中电化学测定得到的循环伏安图

为了验证上述推测，我们将饱和富集了配合物的ssDNA/GCE和dsDNA/GCE电极经过二次蒸馏水淋洗后置于Tris-HCl空白液中进行电化学扫描，结果如图4.1.7所示。由图可知，在空白缓冲溶液当中，dsDNA/GCE在扫描区间内仍能得到一对来源于富集在dsDNA/GCE表面富集Co（Eim）4（NCS）2产生的氧化还原峰，氧化还原峰电位与图4.1.5中的pds，I和pds，I＇接近；而对于ssDNA/GCE，我们发现在低电位区对应于图4.1.5中pss，II和pss，II＇的氧化还原峰仍然存在，而在高电位区（-0.1　-+0.1 V）处的氧化还原峰已经消失，这表明在图4.1.5中贡献于pss，I和pss，I＇的配合物不能在电极表面产生富集作用，即验证了前面关于pss，I和pss，I＇来源于配合物在碳电极表面的直接电化学行为的推测。