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基于病毒或其亚结构发展新型功能纳米元/器件,是纳米生物学领域的一个研究热点,正受到广泛关注。量子点是一种半导体纳米荧光材料,具有高亮度和耐漂白等特性,适合用于长时间高灵敏的示踪标记。本论文在实验室之前构建SV40病毒衣壳包装量子点结构(SV40-QDs)的研究基础上,对SV40病毒衣壳与无机纳米颗粒的组装及应用进行了深入研究。
首先,研究了SV40病毒衣壳包装量子点的机制,发现量子点能够诱导和促进病毒衣壳蛋白VP1组装成为病毒样颗粒。透射电子显微镜、蔗糖密度梯度离心、动态光散射等技术表征均证实了量子点对病毒组装的诱导作用。分子间相互作用研究发现量子点与衣壳蛋白有直接相互作用,可能是病毒衣壳组装的驱动力。进一步通过冷冻电镜技术将组装的颗粒进行单颗粒三维结构重构分析,得到分辨率为2.5nm的正二十面体对称模型,说明SV40包装量子点是形成类似T=1的病毒样颗粒,而不是衣壳蛋白无规则吸附在量子点上。
之后,利用所构建的SV40-QD颗粒,示踪了单个SV40-QD颗粒侵染活细胞的动态行为。通过单颗粒示踪技术,观察表征了单颗粒SVQD从胞外到胞内,经过细胞质,直到内质网的一系列过程和行为;并利用双荧光标记的方法观察到SVQDs的脱壳过程,发现量子点从病毒衣壳中释放即“脱壳”过程是在小窝体中进行的,这与野生SV40基因组在内质网中脱壳有所不同。
最后,还构建了一种磁性荧光病毒颗粒。通过链霉亲和素-生物素的介导,将SVQDs结合到磁珠表面,获得磁性荧光病毒颗粒。将此复合体颗粒与Vero细胞37℃孵育24小时,发现磁性荧光病毒复合体能够进入细胞,并最终定位在细胞核周围。并且在外加磁场下,细胞内的复合体可以被控制排列方向,在细胞悬浮状态下,也能够控制细胞的运动。
综上,本论文首先发现并解析了量子点对病毒衣壳组装的诱导效应,说明无机颗粒对病毒自组装具有成核作用。然后利用SV40-QD颗粒,示踪了单个SV40病毒样颗粒侵染活细胞的动态行为并对其“脱壳”过程进行了研究。最后构建了一种多功能多层级的磁性荧光病毒微米颗粒,该颗粒具有磁性可控、可视、入胞等特性,也首次实现了病毒样颗粒介导的微米颗粒进入细胞的过程。该研究为病毒衣壳与无机纳米颗粒组装提供了一定的理论支持与解释,展示了其生物学应用,并探索了新的功能性结构的构建和用途,具有重要意义。