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纳米通道是一种纳米尺度的孔状或管状结构,当前研究主要涉及天然蛋白离子通道和人工合成的固态纳米通道,其孔径一般为0.1~100nm。纳米通道技术作为纳米生物技术研究的领域重要分支,因其独特的结构和理化性质,近年来在国际上得到广泛关注,在基因测序、单分子分析、仿生离子通道设计和药物装载等研究中体现了独特的优越性。本文以纳米通道的制备和修饰为基础,研究了生物分子在功能化的纳米通道内的迁移特性,实现了生物分子的分离分析。
核酸适体是指经体外筛选技术-SELEX(指数富集配体系统进化)筛选出的能与蛋白质、小分子和金属离子等配体特异性结合的寡聚核苷酸DNA或RNA链。它对可结合的配体有严格的识别能力和高度的亲和力,在生物传感器、生物芯片以及靶向疾病诊断等方面有着广泛的应用前景。生物物质的分离分析常涉及气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用、高效液相色谱、毛细管电泳和电色谱等方法。相对于这些传统方法,应用核酸适体修饰的纳米通道对生物分子进行分离分析的研究鲜有报道,因此,本文开展以下几个方面的研究工作:
(1)以多孔聚碳酸酯膜为模板,采用无电化学沉积法制备了不同孔径的金纳米通道。讨论了金纳米通道制备和修饰的机理,研究了制备金纳米通道的影响因素,并对纳米通道进行化学修饰和形貌表征,制备出了结构可控、连续性好、重复度高、孔道易修饰的金纳米通道阵列。
(2)以制备的金纳米通道膜为载体,用β-雌二醇核酸适体修饰金纳米通道得到了对β-雌二醇具有选择性的纳米通道。利用这种特异性选择,β-雌二醇较容易通过修饰后的纳米通道,而雌酮不容易通过。在一定程度上实现了二者的初步分离。
(3)用溶菌酶核酸适体修饰金纳米通道得到了对溶菌酶具有选择性的金纳米通道膜;同时,负电性的纳米通道对其又具有电荷选择性,利用这种双重选择性,研究了溶菌酶和牛血清白蛋白在功能化的纳米通道内迁移特性的差异并建立数学模型分析,为蛋白质的分离分析提供一定理论依据。
(4)研究以金纳米通道为载体,用溶菌酶核酸适体修饰金纳米通道膜,得到了对溶菌酶具有选择性的阵列金纳米通道。研究了纳米通道中阻抗变化和电流衰减并建立数学模型分析。根据电流降和溶菌酶浓度的函数关系,实现了对溶菌酶的无标记检测。
在研究中利用纳米通道分离分析技术,结合常规分析手段,探讨了纳米通道技术在生物分子分离和检测方面的研究并取得了一定的结果,发展了一些简单易行的生物分子分离分析方法,并对相关理论进行讨论。通过这些初步研究,丰富了纳米通道技术,同时也为生物分子分离分析提供了新的思想和方法。