纳米孔技术应用于生物分子的定量和定性研究

发布时间：2021-10-26 03:57

　　纳米通道单分子检测技术是上世纪九十年代新兴的检测技术。纳米孔单分子检测技术具有快速高效,低成本,以及无需其他修饰方法的优点,目前,已经在生物和化学等各个方面得到了广泛的应用。尤其,纳米通道单分子检测技术已在DNA测序的研究中取得了举世瞩目的成就,并且,近几年,该技术已被广泛发展逐渐应用于其他物质的检测,比如:DNA,RNA,蛋白质,酶以及其他生物大分子的检测。本论文从以下两个方面进行阐述:1、基于双链DNA探针的纳米孔传感技术用于识别多种蛋白质肿瘤标志物许多疾病的发生和发展往往与多种生物标志物的表达变化密切相关,因此,正确的疾病诊断通常需要多个分子的多重检测。肿瘤标记物的多重检测,不仅可以提高诊断精度,而且可以为个体化、靶向治疗提供指导。在此,利用α-溶血素（α-HL）生物纳米孔建立了一个准确有效地同时识别多种肿瘤标志物的方法,此外,该方法也可以应用实际样品中多种肿瘤标志物的检测。在这项研究中,我们构建了一系列基于双链（ds）DNA的探针,每个探针均含有一个捕获臂（Capture arm）,每个捕获臂（Capture arm）上包含两部分,一部分是与特定靶点的适配体结合的DNA,一部分... 

【文章来源】：山东师范大学山东省

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【学位级别】：硕士

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生物纳米通道检测过程示意图

山东师范大学硕士学位论文3材质的不同，大体分为生物纳米孔和固体纳米孔。下面对不同材质的纳米通道进行详细的介绍。1.3.1生物纳米通道组成生物纳米通道的蛋白质大多数是从微生物体内提取出来的生物毒素，根据蛋白孔的来源不同，结构不同，生物纳米孔主要包括以下几种，如图1-2所示，α-溶血素(α-HL)[22,23],气单胞菌溶素（Aerolysin）[24,25]，耻垢分枝杆菌毒素蛋白(MspA)[26]和噬菌体phi29连接器(phi29马达蛋白)[27]。最近发现的新型蛋白孔，ClyA[28],FhuA[29]等。下面对本文中用到的蛋白孔进行简单的介绍。Figure1-2.Fourstructuresofnanopores图1-24种纳米孔结构示意图1.3.1.1α-溶血素(α-HL)生物蛋白孔简介首先，对α-溶血素(α-HL)进行简单的介绍，如图1-3所示。α-溶血素(α-HL)是从金黄色葡萄球中发现的一种细菌毒素蛋白，是第一个发现的应用于纳米通道的蛋白孔，也是目前应用最广泛的蛋白孔[30]。α-HL纳米孔是一种蘑菇形的蛋白

山东师范大学硕士学位论文4通道,一旦嵌入在一个脂双分子层,形成一个定义良好的纳米级孔，电解质离子可以在α-HL纳米孔种形成一个电场流。α-溶血素纳米孔总长度大约在10nm左右。α-HL蛋白孔由两部分组成分别为纳米孔前庭和β-桶装结构组成[31]。纳米孔前庭在α-HL的cis端，直径大约为3.0nm，长度约为7nm。纳米孔前庭的主要发挥捕获分析物的作用。分析物一般是利用外界施加的外电压被推动着从蛋白孔的cis端被蛋白孔捕获，然后，通过蛋白孔的β-桶装结构，来到蛋白孔的trans端。当分析物被纳米孔前庭捕获后，进入蛋白孔最窄的部位——β-桶装结构。β-桶装结构直径最窄的部位直径为1.4nm，且trans端（β-桶装结构的另一端，也是蛋白孔的出口）直径约为2.2nm。β-桶装结构的直径为纳米级，β-桶装结构的长度大约为5.2nm,β-桶装结构嵌入到纳米孔前庭的部位大约2.2nm。这个部位有且仅有允许一个分子通过蛋白孔，此部位是实现纳米通道实现单分子检测关键。而自然界中许多生物大分子会以特殊的形态存在，这些分子想通过纳米通道，就会借助外界作用力克服能量壁垒，通过与纳米蛋白孔的相互作用通过纳米蛋白孔[32-36]，而待测物通过β-桶装结构的过程，有不同的物质形状，结构都有所差别，进而影响电流输出的阻断时间和阻断程度的差异。目前，α-HL纳米孔应用最为广泛，已经用于DNA结构的检测[37-38]，microRNA[39-40]，肿瘤细胞的检测等，并且许多α-HL蛋白孔进行修饰，用于蛋白质的手性检和金属离子的检测。Figure1-3.Structureofα-HLnanopore图1-3.α-HL纳米孔的结构示意图1.3.1.2气单胞菌溶素（Aerolysin）生物蛋白孔简介


本文编号：3458781