核酸分子组装引导的纳米颗粒在纳米孔中的易位研究

发布时间：2020-06-17 04:28

【摘要】：作为一种新型的DNA测序技术,近几年来纳米孔传感已经发展成为一种成熟的单分子检测技术,包括miRNA检测、核酸之间的鉴定、DNA结合物的检测、分子间相互作用力的检测以及纳米颗粒的检测。金纳米颗粒是一种用途广泛的纳米材料,具有独特的物理化学性质,利用纳米颗粒的组装进行检测应用日益广泛。本文主要将纳米孔传感和纳米材料组装技术相结合,系统地研究了金纳米颗粒及组装体通过固态纳米孔的信号特征,为固态纳米孔应用于纳米材料以及癌症标志物的检测提供技术指导和理论支持。主要内容如下:1.基于固态纳米孔传感平台研究了金纳米颗粒通过纳米孔的易位信号。我们记录了在电解质溶液中,金纳米颗粒在电压驱动下通过纳米孔时电流的堵塞变化,通过分析阻塞电流的幅值和阻塞时间,对纳米粒子的捕获和易位动力学过程进行研究。我们发现阻塞电流的方向与纳米孔的孔径有关,我们分别使用孔径为40、78和120 nm的纳米孔来检测金纳米颗粒。根据理论分析解释了在小孔径下电流增大而在大孔径下电流减小的现象。2.利用DNA组装,通过纳米孔单分子检测癌症标记物miRNA。miRNA是短的非编码RNA分子,在调节基因表达中起重要作用。在这项工作中,我们开发了一种新的miRNA检测方法,它结合了两种纳米检测技术,即具有高选择性的纳米颗粒自组装体系和单分子的纳米孔检测平台,用于快速检测miRNA。同时我们可以对探针进行设计编码用于miRNA的多元检测,并且检测分子的大小不受纳米孔孔径的限制,进一步扩大了纳米孔的检测范围和应用,建立了一种快速、特异、高效的生物传感平台,可以有效地运用到医学检测中。3.通过DNA折纸设计DNA条带并组装成纳米金链,并研究其在纳米孔中的易位行为。为了提高纳米孔的通量和多元检测性,我们通过DNA折纸技术设计了一款拓扑结构灵活的DNA条带作为运输载体,该纳米带还可以作为模板组装纳米颗粒,形成长的纳米金链,并通过纳米孔研究其易位行为,分析堵塞信号可以区分纳米颗粒的位置和数量,为创建新型的纳米孔传感器提供了新的思路。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318
【图文】：

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图 1.1 （A）纳米孔检测原理示意图[20]；（B）生物分子通过纳米孔的动态过程以及相应的电流信号图[21]。基于单分子传感的纳米孔技术有着相似的原则。如原理图 1.1（A）所示，在纳米孔传感检测中，一层绝缘的薄膜将溶液分成两个部分，形成两个单独的离子溶液池（通常为 NaCl或 KCl），即顺式面（Cis）和反式面（Trans）。嵌在薄膜中央的纳米孔（通常小于 100 nm）成了连接两部分的唯一通道。在两边池中分别插入 AgCl 电极，当在这两侧施加一个稳定的偏置电压时，溶液中离子会定向移动，产生一个稳定的从孔的一侧到另一侧的离子电流。纳米孔两侧的离子随时间不停的变化，可以通过膜片钳和数模转换器将信号记录下来，所得曲线为事件电流曲线（current-time trace）。当没有加入生物分子时，所测得的这一电流值称为开孔电流（open-pore current，I0）。一般在溶液中离子浓度较高的时候（大于 100 mM/L），I0可以由以下 Eq（1.1）来表示[21]：10 bias24l 1I Vd d （1.1）其中 d 表示纳米孔的直径，l 代表纳米孔的长度，σ为离子溶液的电导率，Vbias代表施加

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学专业学位硕士研究生学位论文第一章要样品的扩增、标记、表面固定等化学修饰，纳米孔传感检测可以适用于聚合物的检测。电流时间曲线中，电流被短暂的阻塞，然后又回到开孔电流水平，我们称易位事件。生物分子被纳米孔捕获、进入纳米孔以及完全通过纳米孔，这以用记录的电流信号来表征。每个事件产生的阻塞电流，可以通过体积排exclusion）来解释，即当生物分子通过纳米孔时，会占据孔内一定的空间，内的离子排出孔，导致孔内离子数量减少，从而使得纳米孔内的电导（G）线性的生物分子来说，阻塞电流与其与孔的横截面积之比成正比。通过事如阻塞时间（ t）、阻塞电流（ I）以及事件的电流的特征等相互结合可别。

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