基于酶扩增的新型银纳米簇合成方法的构建及其生物传感应用

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近几年,以DNA为模板合成的银纳米簇(DNA-AgNCs)在生物传感及成像领域吸引了越来越多科学家的关注。由于量子产率高、抗光漂白性强及细胞毒性低等优点,DNA-AgNCs已经被广泛应用于生物传感器的设计中,在生物标记及生物成像中也有较多的应用。末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)是一种特殊的DNA聚合酶。由于其不需要模板的性质,TdT在核酸标记上已有较多的应用。本文基于末端脱氧核苷酸转移酶的扩增,开发出一种新型的DNA-AgNCs合成方法,并将其应用于核酸酶的活性检测及蛋白质的分析中。具体如下:1.利用末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)催化扩增单链DNA的性质,构建了一种新型合成DNA-AgNCs的方法。通过TdT在一条不能够用作DNA-AgNCs合成模板的DNA的3’-OH端扩增出一段富含胞嘧啶(C)的DNA序列,然后利用该扩增的富C序列成功地合成出了具有荧光性质的DNA-AgNCs。另外,我们考察了会影响TdT扩增及DNA-AgNCs合成的几个因素。我们还把以TdT的扩增产物DNA-P-Cn作为模板合成的DNA-AgNCs与几条人工合成的短链富C序列作对比,发现以DNA-P-Cn为模板的DNA-AgNCs的荧光强度要高很多。接着,利用透射电子显微镜(TEM)及其附件X射线能谱分析仪(EDS)来对DNA-AgNCs进行表征。结合TEM的结果,我们推断长链模板合成的DNA-AgNCs荧光更强的原因是因为:1.长链序列移除AgNCs表面的极性溶剂,更好地保护AgNCs;2.AgNC之间存在荧光共振能量转移(FRET)现象。2.基于新型DNA-AgNCs合成方法,我们开发出了一种末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)的活性分析方法。该方法获得的检测限(0.0318U)比早前关于TdT活性检测的报道中的低200倍左右,实现了无标记、高灵敏地对TdT酶活进行―turn-on‖检测。同时,该方法具有比较稳定的重现性,在实际样品中的添加回收实验也取得令人满意的结果。最后,我们分析了TdT的几种常见抑制剂(焦磷酸钠、金精三羧酸和三磷酸腺苷)的抑制效果。3.基于TdT对随机底物的扩增及DNA-AgNCs的合成,我们开发出一种具有普适性的核酸酶“turn-on”检测方法。我们选取限制性内切酶及3’-5’核酸外切酶的典型代表——EcoRI和ExoIII作为目标分析物。实验得出,EcoRI的检测限为0.0629U,ExoIII的检测限为0.00867U,均比相关文献中报道的要低。此外,对两种酶检测的信背比(S/B)分别为30.3及103.2。因此该方法具有很高的灵敏度。由于核酸酶对底物的特异性而具有很好的选择性。此外,该方法只需要对DNA底物稍作改动,就可以应用于切刻酶、DNA连接酶、甲基化酶及碱性磷酸酶等DNA相关酶类的活性分析中。4.基于凝血酶的核酸适体及切刻酶Nb.BbvCI,我们把新型DNA-AgNCs合成方法应用于凝血酶的“turn-on”放大检测。通过合理地设计实验中涉及的两条DNA探针——一条核酸适体探针及一条扩增探针,我们实现了高灵敏度地检测痕量凝血酶,检测限达到0.043nM。另外,由于核酸适体对目标分析物的特异性,该方法还具有很好的选择性。只要把凝血酶的核酸适体换成其他蛋白或小分子对应的核酸适体,便能实现对其他更广泛的目标分析物的分析检测。
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