DNA精准调控Ag纳米簇荧光信号转变构建生物传感器

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weaselhyp
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针对疾病相关核酸序列的高灵敏度检测对于疾病早期诊断和临床治疗,以及预防病毒传播等方面都具有重要意义。目前常见的用于核酸序列检测的荧光生物传感器大都是采用商用有机染料或半导体量子点作为荧光信号输出,但受限于其较高的生物毒性和较低的光稳定性。银纳米簇(AgNCs)作为一种新型的荧光纳米材料,具有合成简单,高荧光量子产率,可调节的激发和发射波长,以及较好的抗光漂白性能和生物相容性等优点。本论文采用荧光AgNCs作为信号输出,并基于Y型DNA构象转换和核酸外切酶辅助靶标循环信号放大策略构建了一种具有高灵敏度和普适性的生物传感器以实现对不同靶标DNA的检测分析。具体来说,我们将整个传感器设计为荧光探针体系和靶标循环信号放大体系这两部分。荧光探针体系是由一种Y型DNA三链结构来调控AgNCs荧光探针信号改变,其中两条DNA链作为探针链,第三条链与信号放大体系产生的引发链作用,使Y型DNA结构发生转换,实现对探针链荧光的调控。信号放大体系是由一个发夹DNA结构和核酸外切酶共同构成,可高灵敏度响应靶标并释放引发链。该策略的特点是不需要针对靶标变换而更换荧光探针DNA的设计,因而设计简单具有普适性,并已成功在以下两种DNA检测体系中验证了其普适性。(1)在第一部分工作中,我们将AgNCs作为荧光信号进行原位合成的同时,采用同样具有优异生物相容性的金纳米粒子(AuNPs)作为猝灭基团,分别设计结合到Y型DNA荧光探针体系里的两条探针链上。通过第三条链L-DNA(分别与两探针部分互补)的作用杂交形成Y型DNA(Y-DNA),导致AgNCs和AuNPs之间发生荧光共振能量转移,使AgNCs荧光信号关闭。靶标T-DNA的加入,与靶标循环信号放大体系中的发夹HP杂交形成HP/T-DNA双链,被核酸外切酶(Exo Ⅲ)识别并水解得到引发链(trigger),释放的T-DNA可以与下一个HP结合,从而经过多次循环得到大量trigger链。随后trigger链通过链置换反应结合L-DNA形成trigger/L-DNA双链,两探针链解螺旋为单链,使AgNCs黄色荧光信号恢复,实现对靶标T-DNA的高灵敏度检测。荧光强度与T-DNA浓度在0.01-50nM范围内具有较好的线性关系,检测限为28 pM。(2)第二部分,为了进一步提高传感器检测性能并验证其普适性,我们在上一个工作基础上构建了一种比率型荧光探针传感器来检测人类免疫缺陷病毒HIV的基因序列。首先Y型DNA三链结构组成的荧光探针体系其原有序列不变,只是为构建比率型探针而加入了 AgNCs模板,原位还原得到Y1AgNCs,Y2/AgNCs和Y3/AgNCs三种黄色荧光AgNCs探针链,其中Y1/AgNCs采用原第三条链序列可响应trigger链。由于不需要额外引入AuNPs作为猝灭基团,因而实验操作更简便。靶标HIV不存在时,三种探针可以杂交形成Y-DNA,此时AgNCs形成二聚体结构,发红色荧光。当靶标HIV存在时,靶标响应体系中的发夹HP对其响应并在Exo Ⅲ作用下循环多次得到大量trigger链,随后通过链置换与Y1-DNA结合形成trigger/Y1-DNA,导致所有探针链解螺旋为单链,使AgNCs荧光信号恢复为黄色。与前面“off-on”信号开关不同的是,通过对AgNCs单体黄色荧光和AgNCs二聚体红色荧光的比率监控来实现对靶标HIV基因序列的高灵敏度检测。结果表明,两种荧光强度比值和HIV浓度在0-0.02 nM和1-500 nM两个范围内均具有良好的线性关系,检测限为2.2 pM,相较于上一个工作检测性能提高近13倍。
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