Recent Advances of Sensitive Electroanalytical Tools and Probes in the Study of DNA Structure

Abstract

The research and development of electrochemical biosensors applied to life sciences during the past years were reviewed in the present article. In the first part of the article, a brief introduction on nanomaterial based electrochemical DNA biosensors is given. In the second part DNA biosensors and transition metal complexes with biological interest are described. Finally, the development trends of electrochemical biosensors in genetic and epigenetic testing are being discussed.

Application of promising carbonaceous materials in electrochemical DNA sensing

“…A three step procedure was used to study the dsDNA performance on modified CPE with novel carbonaceous materials. Firstly, the modified CPE with the novel carbonaceous materials was pretreated before every electrochemical measurement by applying potential +1.7 V vs. Ag/AgCl for 60 s in 0.2 mol/L acetate buffer solution containing 0.02 mol/L NaCl, a procedure that produce more hydrophilic surface and removes organic layers [39].Then, dsDNA was immobilized on the electrodes' surface by applying +0.5 V for 300 s and immersing the pretreated electrodes in 0.2 mol/L acetate buffer solution pH 4.5 containing 0.02 mol/L NaCl and the appropriate amount of dsDNA. Finally, signal transduction step was followed, using adsorptive transfer stripping voltammetry in 0.2 mol/Lacetate buffer solution pH 4.5 containing 0.02 mol/L NaCl, scanning the potential from +0.0 to +1.4 V with a step potential of 0.005 V, a E pulse = 0.025 V and scan rate = 0.050 V/s.…”

Use of Cationic Surfactants Film Carbon Paste Electrodes Modified with Multiwalled Carbon Nanotubes in Electrochemical Analysis of dsDNA

“…During the last years, carbon nanotubes (CNTs) represented an important group of nanomaterials with attractive geometrical, mechanical, electronic and chemical properties. They have been used as analytical tools for a wide range of applications and considering the advantages of both single‐walled (SW) and multiwalled (MW)CNTs, such as high surface area, good conductance, favorable electronic properties and electrocatalytic effect, they represent an impressive material for the construction of electrochemical sensors and biosensors 1.…”

“…Carbon electrodes show high efficiency in modification with CNTs and offer a good platform for further modification as a result of the enlarged transducer surface area 1.…”

Ανάπτυξη Ηλεκτροχημικών Βιοαισθητήρων Με Τη Χρήση Νανοϋλικών Και Εφαρμογή Τους Στη Βιοανάλυση

“…Αντίθετα, το ουδέτερο PNA έδειξε διαφορετική συµπεριφορά. Η προσρόφηση του ΡΝΑ στα ηλεκτρόδια άνθρακα χαρακτηρίζεται από αύξηση στο "πακετάρισµα" της επιφάνειας, κυρίως λόγω διαµοριακών επιφανειακών αλληλεπιδράσεων και από µια ασθενέστερη προσρόφηση σε θετικά δυναµικά, σε σύγκριση µε DNA[101].2.3 ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΥΛΙΩΣΗΣ ΤΟΥ DNAΌπως προαναφέρθηκε στο Κεφάλαιο 1 (παράγραφος 1.10) όλες οι µέχρι σήµερα γνωστές µέθοδοι διερεύνησης της µεθυλίωσης είναι στην πλειοψηφία τους αρκετά περίπλοκες, χρονοβόρες και απαιτούν πολύπλοκους χειρισµούς του DNA[12] αυξάνοντας έτσι το κόστος και την πιθανότητα πειραµατικών σφαλµάτων[13].του DNA και συνεπώς και σε επιγενετικές αναλύσεις, (όπως είναι η µεθυλίωση της κυτοσίνης (C)[102]. Η ηλεκτροχηµική ανίχνευση των βλαβών του DNA αντανακλά το γεγονός, ότι η ηλεκτροχηµική απόκριση του DNA εξαρτάται ισχυρά από τη δοµή του…”

“…νανοεπιστήµη και η νανοτεχνολογία αφορούν στη σύνθεση, στο χαρακτηρισµό, στην εξερεύνηση, στο χειρισµό και στη χρησιµοποίηση των νανοδοµηµένων υλικών, τα οποία χαρακτηρίζονται ως νανοϋλικά, µε το να είναι τουλάχιστον µια διάσταση τους µικρότερη από 100 nm. Μεµονωµένες νανοδοµές περιλαµβάνουν συστάδες, νανοσωµατίδια, νανοκρυστάλλους, κβαντικές τελείες, νανοσύρµατα και νανοσωλήνες, ενώ η οµαδοποίησή τους περιλαµβάνει συστοιχίες, και υπερπλέγµατα των µεµονωµένων νανοδοµών[102].Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων τα νανοσωµατίδια και τα νανοϋλικά από άνθρακα, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι νανοΐνες, τα φουλερένια και τα διαµάντια έχουν αρχίσει να χρησιµοποιούνται ευρέως στην κατασκευή των DNA βιοαισθητήρων. Πράγµατι, η σύζευξή τους µε το DNA αποτέλεσε το αντικείµενο του ενδιαφέροντος πολλών ερευνητών, µε αποτέλεσµα τα νανοσωµατίδια να έχουν βρει εφαρµογές σε καινούριες ηλεκτρονικές συσκευές, σε συστήµατα χορήγησης φαρµάκων, σε βιοϋλικά και στη βιοϊατρική.Η εφαρµογή της νανοτεχνολογίας αποτελεί µια ισχυρή εναλλακτική λύση των κοινών στρατηγικών για τη δηµιουργία µικρότερου µεγέθους, ταχύτερων και λιγότερο δαπανηρών ηλεκτροχηµικών συσκευών για την ανίχνευση του DNA-στόχου.…”