芯片表面DNA杂交探针的设计与应用及DNA诱导的金纳米粒子组装

发布时间：2020-06-02 05:52

【摘要】：DNA是一种基础的生物分子,编码和调节生命体中遗传信息的表达。DNA的生物学重要性以及Watson-Crick碱基互补配对的可预测性和特异性推动了人工合成的DNA探针和引物在生物学和生物技术领域的应用。在本论文的第二章中我们利用双偏振干涉测量技术研究了 toehold交换探针在芯片表面的目标链检测过程。随后,固定在芯片表面的toehold交换探针被用于单碱基突变目标链和正确目标链的区分。通过优化toehold策略我们得到了性能优异的DNA杂交探针,如toehold策略为“6/5”的探针,其单碱基突变的区分因子达到78%。这种简单快速的检测单碱基突变的方法在疾病诊断等领域展现出巨大潜力。另一方面,由于DNA序列的可编程性及分子识别的特异性,DNA正成为一种功能强大的纳米材料,被广泛应用于纳米工程和纳米技术领域。而且,DNA合成和纯化成本的指数式降低进一步推动了 DNA在这些领域的应用。其中DNA在刚性核表面高度定向排列形成的球形核酸作为一种新型DNA纳米材料在生物检测、基因调控和材料合成等领域发挥着重要应用。在本论文的第三章中我们通过在球形核酸的分子识别区域中嵌入可光切断的化学基团,设计并制备了具有光响应性的球形核酸。其反应活性在365 nm波长的紫外光照射下被特异性地激发。利用这种光响应球形核酸,我们实现了光控的球形核酸自组装网络的构建以及细胞群中microRNA空间选择性的释放。此外,多价态的球形核酸被称为“可编程的原子等价物”。和原子一样,球形核酸可作为结构单元通过组装形成三维有序的晶体结构;而区别于原子的是,球形核酸本身携带的信息(DNA的序列组成)可以用来调控粒子间的相互作用,从而程序设计平衡态的晶体结构。然而,球形核酸组装体系在达到热力学稳态的过程中容易受到动力学阻碍,进入到亚稳态。退火处理是常用的避免动力学受阻的方法,但是其存在实验条件严苛等缺点。在本论文的第四章中我们提出了一种新的球形核酸纳米粒子结晶的方案。利用这种方案球形核酸可以在常温下组装形成面心立方和体心立方的晶体结构。这种新方法对于胶体粒子的常温结晶以及构建涉及复杂相行为的精密材料具有重要意义。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

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本文编号：2692707