【摘 要】
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由于DNA具有易于合成,修饰和生物相容性高等诸多优点,DNA纳米技术已经广泛应用于生物分析。但是在复杂的生物环境中,由于DNA分子的细胞穿透性弱,核酸酶降解引起的不稳定性,抗核酸串扰能力弱等固有的一些缺陷,使探针渗透性差,背景信号较高,或者有假阳性信号,导致构建的核酸生物传感器灵敏度低,检测结果准确性较低,难以检测低丰度的生物标志物。为了应对这些挑战,本文首先报告了基于框架核酸（FNA）的电路,实
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由于DNA具有易于合成,修饰和生物相容性高等诸多优点,DNA纳米技术已经广泛应用于生物分析。但是在复杂的生物环境中,由于DNA分子的细胞穿透性弱,核酸酶降解引起的不稳定性,抗核酸串扰能力弱等固有的一些缺陷,使探针渗透性差,背景信号较高,或者有假阳性信号,导致构建的核酸生物传感器灵敏度低,检测结果准确性较低,难以检测低丰度的生物标志物。为了应对这些挑战,本文首先报告了基于框架核酸（FNA）的电路,实现细胞内逻辑计算与mRNA成像。将FNA作为刚性支架,无需借助转染试剂,即可将我们构建的DNA回路递送到细胞中。并且在FNA的一个顶点设计双链DNA作为门用于四向链交换,最大程度减少被细胞环境中其他核酸串扰。我们证明了这种基于FNA的电路可以在体外和体内运行逻辑计算,包括OR和AND。此外,利用天然mRNA作为支架与多个基于FNA的门结合以提高信噪比,实现原位mRNA成像。该方法从原理上解决了DNA分子细胞穿透性弱需要借助转染试剂进入细胞,DNA分子易被细胞内核酸酶降解以及链置换反应受其它核酸干扰的缺点,为低丰度的疾病生物标志物的检测提供了新的思路。我们希望这种基于FNA的电路可以用于疾病诊断,从而促进生物医学的发展。最后开发了一种将动态可调控的DNA镊子和具有高度特异性的核酸适配体结合的生物传感器,对靶标ATP进行直接检测。DNA镊子由三链体构成,当它结合核酸适配体后,起初的打开状态被调控为关闭状态。一旦靶标分子ATP出现,会特异性结合适配体,又将DNA镊子的状态由关闭切换到打开。通过监测该过程的荧光变化实现生物分子ATP的检测,为细胞内原位检测ATP提供了新的切入点,预计将推动利用ATP分子作为生物标志物进行相关生化研究和临床诊断的发展。
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