DNA分子介导的自组装纳米结构与重金属离子及microRNA的原位定量检测

发布时间：2020-07-01 16:23

【摘要】：由DNA分子介导组装的自组装纳米结构由于其特殊的物理、化学、构型、以及光学性质,近些年引起了人们的广泛关注。本论文基于特异性互补的DNA序列,构建了一系列由相同或者不同纳米粒子组装成的二维或三维纳米组装体。通过有目的的选择组装基元,赋予了纳米组装结构多种不同的光学特性。此外,借助DNA序列的可编程性,结构设计的灵活性,以及特定DNA序列对特定目标物的特异性识别作用,可以利用组装体中的DNA序列与目标物的竞争互补引起的纳米结构变化及其引起的光学信号的变化对目标物进行检测。通过此原理,本论文建立了一系列高特异性高灵敏度的检测方法,并将纳米四面体结构成功的应用于活细胞或者动物活体内microRNA的实时检测。主要包括:第一,基于20 nm金纳米粒子(AuNP)构建了等离子纳米三聚体。通过在三聚体中的每个纳米粒子上修饰不同的拉曼信标分子以及在DNA序列中设计能够特异性识别Ag~+和Hg~(2+)的DNA序列,在目标金属离子存在时引起三聚体结构变化而导致的不同拉曼信标的拉曼信号的变化来检测目标重金属离子的含量。基于此,首次建立了检测限低特异性好的基于等离子结构表面增强拉曼散射信号的同时对Ag~+和Hg~(2+)进行定量的检测方法。第二,通过DNA序列互补,用两个金纳米粒子和两个上转换纳米粒子(UCNP)构建了有三维构型的纳米金-上转换四面体。金-上转换四面体有很强的圆二色性(手性)和上转换发光两种光学性质,能进一步利用光学信号的变化来检测microRNA。通过对组装四面体的DNA骨架序列的设计,在目标microRNA存在的情况下,手性信号会随着microRNA含量的增加而降低,上转换发光强度随着microRNA含量的增加而减弱。当胞内目标microRNA在0.073到43.65 fmol/10μg_(RNA)的范围内,CD信号与microRNA的含量呈现出很好的线性关系,最低检测限为0.03 fmol/10μg_(RNA)。当胞内目标microRNA在0.16到43.65 fmol/10μg_(RNA)的范围内,上转换发光信号与microRNA的含量呈现出很好的线性关系,最低检测限为0.12 fmol/10μg_(RNA)。在相同的检测条件下,CD信号的检测灵敏度高于上转换发光的检测灵敏度。第三,首先合成了硫化银纳米粒子(AgS NP),上转换纳米粒子,和金-五硫化九铜纳米粒子(Au-Cu_9S_5 NP)。然后用两个银纳米粒子,一个上转换纳米粒子和一个金-五硫化九铜纳米粒子和DNA序列构建了纳米四面体。纳米四面体呈现了多功能的特性,在808 nm的激光的照射下,上转换纳米粒子和硫化银纳米粒子分别在541 nm的可见区和1227 nm的近红外二区发射荧光,通过对四面体中DNA骨架的设计,使得四面体中的两种荧光信号能够分别对两种microRNA产生光学响应。并且,由于纳米四面体中的金-五硫化九铜纳米粒子的等离子共振效应,在980 nm激光的激发下呈现出良好的光热效应。第四,成功的将由硫化银,上转换和金-五硫化九铜构建的多功能纳米粒子四面体应用于活细胞内两种microRNA的可视化检测,并能够对活细胞中的microRNA-203~b和microRNA-21的含量同时进行定量。并且,上转换荧光强度与miR-203~b在0.13到54.54fmol/10μg_(RNA)的含量范围内呈线性关系,最低检测限为0.09 fmol/10μg_(RNA);硫化银荧光强度与microRNA-21的含量在0.37到43.56 fmol/10μg_(RNA)的含量范围内呈线性关系,最低检测限为0.23 fmol/10μg_(RNA)。最后,将此纳米四面体成功的植入患有肿瘤的小鼠体内,建立了基于microRNA响应的多模态成像方法,并能够结合四面体的光热效应对小鼠体内的肿瘤进行切除,实现了基于多功能纳米粒子组装体的诊疗一体化。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;Q52
【图文】：

纳米粒子,纳米,生物传感,光电性质

离子共振纳米粒子：（a）16 nm 金纳米球[1]；（b）金纳米棒[2金纳米棒[1]；（e）“纳米米”（金包三氧化二铁纳米棒）[4]；（金纳米壳）[1]（g）中间有芯的纳米碗[5]；（h金纳米星）[6]；（i）金四面体，八面体，正八面体[7,8]；（j）纳米立方体（嵌入的图为金银纳米笼）[9]；（l）金纳米月牙[10]s of plasmon-resonant nanoparticles: (a) 16 nm gold nanospheres[1];d) gold nanorods surrounded by silver nanoshells[1]; (e) “ nanorice ”u nanoshells (the inset shows a hollow nanoshell)[1]; (g) nanobowls nanoshells (the inset shows a gold nanostar)[6]; (i) gold tetrahedra, ld nanocubes[7]; (k) silver nanocubes and gold silver nanocages obthe insets)[9]; and (l) gold nanocrescents[10]其易于制备和修饰、独特的光电性质以及良好的生物相之一，被广泛的应用于生物传感，生物成像和光热治疗由于局域表面等离子共振（LSPR）效应，金纳米材料能光并转为热能，可以用于生物成像或者光热治疗剂，并纳米材料的合成已经被广泛的研究并且被不断的优化，

形貌,立方体,银纳米粒子,透射电子显微镜

米粒子透射电子显微镜图；扫描电子显微镜图（B）银纳米截断立方体立方体；（D）80 nm 立方体[16]M image of Ag nanoparticles. (B) SEM image of truncated nanocubes. (C)nanocubes about 25 nm. (D) SEM image of Nanocubes about 80 nm[16]合成银纳米粒子最经典的方法，最常用的还原剂为硼氢化钠坏血酸等[17 20]。利用强还原剂可合成粒径较小且单分散性良原过程，可得到大尺寸的纳米银，但是会导致尺寸形貌难以米粒子，通常使用两步合成法。首先使用强还原剂合成小纳在此基础上进行生长[21]。近几年，还发展了基于生物还原，纳米粒子的方法[16,22]（图 1-3）。

【相似文献】