DNA纳米结构在分析检测中的应用

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shujun2000
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随着人们生活水平的不断提升,越来越多的分析检测技术逐渐由大型化、专业化的研究型发展方向转变为便携性、简便性的应用型发展方向。如今的分析检测技术已不再仅仅局限于国民经济、科学研究、国防研究等层面的需求,转而越来越重视在医疗、保健、生活等领域居民化诉求中的应用,并且这些诉求正不断推动着分子检测技术本身向简单化、日常化、便携化与廉价化的方向发展。DNA分子不仅在生命科学中承载着重要的遗传信息,其本身作为生物体内一种天然的纳米材料,在结构特征与组装性能等方面更是具备了与身俱来的优势,比如合成简单、稳定性强、容易编程、方便操控、生物相容性好等等。本论文紧扣当今社会环境对分析检测技术简单化与平价化的需求,发展了一系列基于DNA识别与组装的分析检测方法。  1.发展了基于DNA组装控制的金纳米粒子(AuNPs)荧光淬灭分析方法。通过简单的紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪,分析研究了AuNPs的荧光淬灭作用与距离之间的关系。结果表明,将AuNPs固定在三条DNA链之间的方法,既改进了柔性单链DNA的不足,又从多个方向控制了AuNPs的移动,相比传统用单链或简单双链DNA控制距离的方法更加精准。实验同时得出结论,在一定范围内,随着AuNPs与荧光分子之间的距离越近,荧光淬灭的效果越好。  2.发展了一种简单、通用的基于DNA功能化的AuNPs与滚环扩增(RCA)技术的寡聚核苷酸放大检测方法。利用AuNPs的荧光淬灭作用和寡聚核苷酸诱导的RCA产物竞争性替换,一方面使原本靠近AuNPs的荧光染料释放,淬灭作用减弱,荧光信号增强;另一方面通过常温下扩增目标寡聚核苷酸的方法,进一步放大了荧光检测信号,再一次提高了检测的灵敏度。整个实验过程不需要依赖于昂贵的PCR仪,仅仅通过水浴锅就可以满足目标寡聚核昔酸的扩增条件。并且用生物实验室常规的酶标仪和96孔板就可以监测研究寡聚核苷酸浓度与荧光增强倍数之间的关系,既简单又方便。本实验中的检测限低于2.03 nmol/L。并且,随着检测物Target DNA的浓度由2.03增加到22.73 nmol/L,荧光恢复的倍数也逐渐增加,并表现出良好的曲线关系。实验结果表明,该方法简单可靠,可以作为一种新的分析方法应用于寡聚核苷酸的检测。并有望发展为一种通用的检测手段,不仅可以检测DNA,还可以用于检测反应体系中涉及的各种酶、反应辅因子等物质的活性,我们希望该方法在今后的临床应用和疾病诊断中能够得到进一步的发展。  3.基于DNA的连接和杂交反应使AuNPs聚集沉淀的方法,发展了一种肉眼可见的T4 DNA PNK活性检测技术。在两份AuNPs表面分别修饰一种序列不相同的寡聚核苷酸链,当有目标分子PNK存在时,另外两条短链DNA将会连接成一条长链DNA,长链DNA由于与AuNPs表面的两条寡聚核苷酸链互补,将两者混合后,AuNPs之间就会随着DNA的杂交反应,聚集成网络状结构从而发生富集和沉淀。实验结果可见,随着T4 PNK浓度的增加,样品的吸收值呈逐渐下降的趋势,并且在0.0385到1.3533UmL-1的范围内呈现良好的标准曲线关系。该实验过程同样不需要依赖复杂的大型仪器与繁琐专业的操作流程。如果不要求精确定量的话,仅仅靠肉眼观察就可以达到定性检测目标分子PNK活性的目的。这种方法更加灵活和易于操作,也可以直接用96或者384孔板来进行实验以实现高通量检测的需求。并且,该方法有望进一步发展为一种通用的检测手段,用于DNA、ATP等多种检测物的分析,并在今后高通量的药品检测,药品开发甚至是未来的日常生活中获得良好的应用前景。  4.基于DNA适配体的高特异性识别作用,结合高灵敏性的AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMTs),发展了一种超灵敏的Hg2+检测方法,该方法可以达到低于10-14M的超低检测限。检测过程中,溶液中的Hg2+通过与富含胸腺嘧啶(T)的DNA探针形成稳定的T-Hg2+-T结构,不仅在HEMT表面富集Hg2+,改变了HEMT表面的电荷分布,同时也改变了探针DNA的构型,使HEMT表面二维电子气(2DEG)的密度发生变化,并最终引起了漏源电流信号的改变。实验结果证明,该方法灵敏、简单、有效,所达到的低于10-14M Hg2+的超低检测限与目前已报道的用AlGaN/GaN HEMT检测Hg2+的检测限相比低了6个数量级。该方法为进一步研究HEMT的检测功能提供了新的思路,我们希望这种基于适配体用寡聚核苷酸功能化的AlGaN/GaNHEMT传感器,可以在其它多种领域中发挥它的应用价值。
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