基于固态纳米孔的纳米粒子传感应用

发布时间：2020-03-26 23:06

【摘要】：纳米孔是有望实现快速检测且成本低于1000美元的第四代基因测序技术的核心部件,按纳米孔基材可分为生物纳米孔和固态纳米孔。生物纳米孔具有固定的尺寸以及良好的生物相容性,但它们结构的稳定性受外界环境影响很大,支撑孔的脂质层的敏感性及固定的孔径尺寸大大限制了生物纳米孔检测的条件和范围。相较而言,固态纳米孔优势更显著,比如机械强度高、结构稳定、环境耐受性强、孔径孔型可控、成本低廉、易于实现表面及孔内标记与修饰等。除了DNA序列的检测,固态纳米孔也被广泛用于生物大分子、小分子、纳米颗粒以及金属离子的检测。微囊藻毒素-LR(MC-LR)是自然水体中的一种毒性蓝藻,它由于自身的环状稳定结构在水中很难降解而长期存在于生态循环系统,对人体具有强致癌作用,世界卫生组织规定的人类可饮用水中MC-LR含量应少于1μg/L。目前报道对MC-LR检测的方法大多耗时长,灵敏度低,急需探索新的快速准确检测MC-LR的方法和技术。本课题依托固态纳米孔检测技术,利用金纳米粒子高表面积/体积比和可与各种巯基、膦基和氨基配体等多官能团作用以及特有的光学特性等优点,提出了一种与之前检测方法本质不同的MC-LR快速识别方法。首先本课题对两种不同尺寸的金纳米粒子进行了纳米孔的运输特性研究,得出了不同尺寸的金纳米粒子穿过氮化硅纳米孔时产生的电流阻塞的不同分布情况,为后续MC-LR的检测试验奠定了基础。继而将MC-LR的适配体DNA以及适配体的互补链DNA(cDNA)分别固定在金纳米粒子上,通过两互补链的结合制得金纳米粒子网络,而MC-LR与其适配体的特异性相互作用能将金纳米粒子网络解开,经离心分离后利用纳米孔检测溶液中纳米粒子复合物的过孔电流信号,验证了本课题提出的基于氮化硅纳米孔的金纳米粒子-适配体传感器对MC-LR的特异性识别。
【图文】：

a. α-溶血素 b. MspA c. phi29 噬菌体连接图 1.1 生物纳米孔结构示意图[85]枝杆菌孔蛋白（MspA）纳米孔（图 1.1 b）是一个外部直径约 9 nm，最小处直径 1.2 nm.2nm 通道区域的长度大约有 0.6nm，而由于其更小尺寸的纳米分子检测的精确度上要比 α-溶血素（a-HL）纳米孔高很多，，并能够耐受的酸碱度具有相当大范围，在 100℃的温度条件下也活性。因此被认为是 α-溶血素纳米孔之外的另一个更加值得研设备。如 2010 年 Derrington 等[13]利用已组装的耻垢分枝杆菌孔流区分了所有四种 DNA 核苷酸，并且能够分解当双链 DNA 在苷酸时单链 DNA 上的单碱基。在将 DNA 的一系列双链片段穿纳米孔的过程中得到了一个简单的 DNA 测序方法的原理证已装备的耻垢分枝杆菌孔蛋白 A 检测和绘制了单链 DNA 的 5胞嘧啶，在这样独特的单分子工具中，phi29DNA 聚合酶将 ss的形式穿过该纳米孔，并且记录了孔内的离子电流，将含有甲

感技术的发展状况纳米孔作为第四代 DNA 测序技术具有孔径稳定可控重复利用以及易于修饰和集成等诸多优点，已经得到的应用也很广泛。感检测keson 等[43]利用 α-溶血素纳米孔成功区分了 RNA 复合置图如图 1.2 所示，他们用一个 U 型铁氟龙贴片管将溶液池相连，池中加入有 1 M 氯化钾缓冲液并插入g/AgCl 电极，该装置的一端有一个末端缩小至 25 μm空洞上横跨了一个二植烷酰磷脂酰胆碱/十二烷双层层实现检测功能的。三年后的 2002 年[44]他们又利用氧腺苷酸和聚脱氧胞苷酸链。而在 2007 年 Gautam 等NA 解链穿过固态纳米孔的过程，并且发现其对单核苷使用的纳米阵列的可能性。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

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本文编号：2602086