DNA electrochemical biosensors for environmental monitoring. A review

Wang, J.; Rivas, Gustavo A.; Cai, Xiaohua; Paleček, Emil; Nielsen, Peter; Shiraishi, Haruki; Dontha, Narasaiah; Luo, Den-Bai; Parrado, Concepción; Chicharro, Manuel; Farias, Pércio Augusto Mardini; Valera, Florenda S.; Grant, Douglas H.; Ozsoz, Mehmet; Flair, Mark N.

doi:10.1016/s0003-2670(96)00598-3

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“…17,[87][88][89][90][91][92] Changes in the DNA redox properties were reported for studies of interaction between DNA and analyte. 88,89,91 Moreover, the amount of electro-active substrate trapped on the DNA layer was investigated.…”

Section: ·11 Dna Biosensorsmentioning

confidence: 99%

Recent Developments, Characteristics, and Potential Applications of Electrochemical Biosensors

2004

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The objective of this study is to analyze the technical importance, performance, techniques, advantages, and disadvantages of the biosensors in general and of the electrochemical biosensors in particular. A product of reaction diffuses to the transducer in the first generation biosensors (based on Clark biosensors). The mediated biosensors or second generation biosensors use specific mediators between the reaction and the transducer to improve sensitivity. The second generation biosensors involve two steps: first, there is a redox reaction between enzyme and substrate that is reoxidized by the mediator, and eventually the mediator is oxidized by the electrode. No normal product or mediator diffusion is directly involved in the third generation biosensors, direct biosensors. Based on the type of transducer, current biosensors are divided into optical, mass, thermal, and electrochemical sensors. They are used in medical diagnostics, food quality controls, environmental monitoring, and other applications. These biosensors are also grouped under two broad categories of sensors: direct and indirect detection systems. Moreover, these systems could be further grouped into continuous or batch operation. Therefore, amperometric biosensors and their current applications are focused on more in detail since they are the most commonly used biosensors in monitoring and diagnosing tests in clinical analysis. Problems related to the commercialization of medical, environmental, and industrial biosensors as well as their performance characteristics, their competitiveness in comparison to the conventional analytical tools, and their costs determine the future development of these biosensors.

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Section: ·11 Dna Biosensorsmentioning

confidence: 99%

Recent Developments, Characteristics, and Potential Applications of Electrochemical Biosensors

2004

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“…Em virtude das características estruturais da molécula de DNA -que pode ser imobilizada na superfície de eletrodos na forma de simples 77,78 , dupla 78,79 ou tripla hélices 47,78,80,81 -, pela capacidade dos ácidos nucléicos formarem pares complementares com precisão, por suas propriedades condutoras 82,83 e por apresentarem alta especificidade de interação com moléculas de baixa massa molecular 51,77 , encontram-se várias revisões na literatura apresentando as mais diversas aplicações para os eletrodos modificados com DNA 8,17,78,47,[84][85][86][87][88][89] .…”

Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

“…Diversos são os materiais de eletrodo que podem ser modificados com DNA, vale dizer, mercúrio 8,[91][92][93][94][95] , ouro [96][97][98][99][100][101] , grafite 95,102 , pasta de carbono 89,[103][104][105][106][107][108][109][110][111][112][113][114][115] e carbono vítreo 47,80,100,[116][117][118][119][120][121][122][123] . Muitos destes exemplos já estão sendo, genericamente, denominados biossensores eletroquímicos de DNA ou genossensores 78 .…”

Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

“…A espécie indicadora apresenta eletroatividade e possui a capacidade de intercalar o dsDNA. A hibridização pode ser constatada por meio da variação de valores de corrente ou potencial -medida por cronopotenciomentria 89 ou voltametria (cíclica ou de varredura linear) 78,88 -produzida pela alteração do comportamento eletroquímico do intercalador frente ao DNA híbrido formado 87,96 . Millan e Mikkelsen 122 registraram uma das primeiras descrições de biossensor capaz de efetuar seqüenciamento de áci-dos nucléicos por imobilização de DNA e oligonucleotídeos em eletrodo de carbono vítreo utilizando indicadores eletroativos de hibridização.…”

Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

“…Wang e colaboradores 89 6 4-e da oxidação de guanosina-e adenosina-5'-monofosfatos 47 . Para o par redox Fe(III)/Fe(II), o uso do eletrodo modificado com DNA apresentou comportamento semelhante comparando-se ao eletrodo de carbono vítreo, entretanto obteve-se maior sensibilidade e reprodutibilidade de análise para ambos nucleotídeos estudados 47 .…”

Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

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Eletrodos modificados com DNA: uma nova alternativa em eletroanálise

1999

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DIVULGAÇÃO INTRODUÇÃOO comportamento eletroquímico do DNA e os efeitos de sua adsorção sobre diversos tipos de eletrodos vêm sendo pesquisados há quase 40 anos [1][2][3][4][5] . A maioria destes estudos está centralizada na análise e identificação estrutural de ácidos nucléicos e a relação entre o comportamento polarográfico do DNA e sua conformação em solução 6 , mostrando as diferenças de resposta eletroquímica existentes entre DNA nativo (doublestrand, dsDNA), desnaturado (single-strand, ssDNA) e degradado 7,8 , utilizando-se principalmente eletrodos de mercúrio.O uso de eletrodos sólidos estendeu de forma significativa o campo de aplicação dos métodos eletroquímicos para análi-se de ácidos nucléicos. Diversas são as possibilidades de emprego dos eletrodos modificados com DNA, como a determinação de espécies carcinogênicas e de fármacos, entretanto biossensores de DNA têm sido desenvolvidos para a análise e determinação de seqüências de bases do DNA com intuito de diagnóstico de doenças.Este artigo apresenta uma visão geral da evolução do estudo e determinação eletroquímica de ácidos nucléicos utilizando-se eletrodos de mercúrio, além dos recentes avanços no desenvolvimento de eletrodos modificados com DNA aplicados à aná-lise e estudo do mecanismo de ação biológica de fármacos, determinação de espécies de interesse ambiental e na identificação e seqüenciamento genético. COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DO DNAOs fenômenos de adsorção de ácidos nucléicos naturais e biossintéticos foram estudados, predominantemente, por polarografia a.c. 9,10 . Em soluções neutras, levemente alcalinas e moderada força iônica, ambos DNAs, nativo e desnaturado, podem ser adsorvidos na faixa de potencial entre 0 e -1,0 V, utilizando-se eletrodo de mercúrio. Nesta faixa de potencial todos os constituintes do DNA -resíduos de base, desoxirribose e grupo fosfato -podem ser envolvidos no processo de adsorção 2,8,9 . A Figura 1a 8 apresenta os diversos sinais tensamétricos possíveis de serem obtidos, pelos constituintes dos ácidos nucléicos, envolvendo o processo de adsorção/dessorção.O pico 1, próximo de -1,2 V, produzido tanto pelo DNA nativo quanto pelo desnaturado indica a dessorção ou reorientação segmentada de regiões helicoidais adsorvida por meio do esqueleto açúcar-fosfato. Em determinadas condições o dsDNA produz o pico 2 devido à abertura das regiões da dupla-fita. O pico 3, produzido apenas pelo ssDNA, corresponde ao processo de dessorção de segmentos adsorvidos, preferencialmente, através das bases 8 . Em determinadas condições, como baixa força iônica, o dsDNA apresenta o pico designado como 0. Este pico foi atribuído à adsorção eletrostática de ácidos nucléicos a potenciais negativos e dessorção/reorientação da molécula de DNA próxi-ma ao potencial de carga zero 8 . O contato prolongado do DNA nativo com a superfície de eletrodos pode provocar desnaturação da molécula motivada pela força de repulsão entre a superfície do eletrodo e os grupos fosfato negativamente carregados [11][12][13] [Ref. 8]

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Voltammetric Detection of the DNA Interaction with Copper Complex Compounds and Damage to DNA

Labuda¹,

Bučková

Vaníčková

et al. 1999

Electroanalysis

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Binding reactions of copper(II) complexes of 1,10-phenanthroline (phen) and tetraaza macrocyclic ligand TAAB with calf thymus DNA have been investigated voltammetrically at bare and DNA modi®ed glassy carbon electrodes. The values of binding constant, binding site size, ratio of binding constants for the reduced and oxidized copper complex forms as well as information on the electrostatic and intercalative binding modes were obtained by solution and surface-based methods. The Cu(phen) 2 2 complex mediates the dsDNA cleavage to a higher degree than Cu(TAAB) 2 as indicated by the redox marker Co(phen) 3 3and the anodic signal of the DNA base. A procedure for the damage to DNA detection using dsDNAaGCE biosensor is proposed.

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DNA electrochemical biosensors for environmental monitoring. A review

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Recent Developments, Characteristics, and Potential Applications of Electrochemical Biosensors

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Eletrodos modificados com DNA: uma nova alternativa em eletroanálise

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