基于纳米孔的四环素检测技术的研究

发布时间：2017-10-26 14:41

  本文关键词：基于纳米孔的四环素检测技术的研究

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【摘要】：四环素作为抗生素家族中的一员被广泛应用在人类和动物医学中。抗生素类药物的广泛应用带来了诸多的环境问题。例如,残留在环境中的抗生素能够渗透到土壤和水源中,不仅能够引起超级细菌的发展,也能够对人类的健康产生许多未知的影响。现在,对抗生素类物质的检测主要有以下几种:酶联免疫吸附测定法、液相色谱法(LC)、表面等离子体共振生物传感器、液相色谱-串联质谱法(LCMS/MS)。但是这些方法的一些缺点,如,成本高、测试时间长以及需要对样品进行预处理等阻碍了他们真正的走向应用。因此找到一种低廉、高效、的方法意义重大。人们对纳米孔传感器的研究从库尔特计数器的发明就已经开始,距今已经有几十年的时间了。随着纳米技术的发展,以纳米孔为基础的分子分析技术越来越受到人们的青睐。纳米孔传感器能够在单分子层面对生物分子进行检测,不仅不需要对样品进行分子标记,而且也更加直接灵敏。纳米孔传感器的发展经历了两个阶段:生物纳米孔传感器和固态纳米孔传感器。这两种类型的传感器都有各自的优点和缺点,如:生物纳米孔直径很小拥有较高的空间分辨率,但是纳米孔的尺寸很难调节。固态纳米孔的尺寸比较好调节,但是空间分辨率却相对较低。纳米孔通常是在氮化硅或二氧化硅薄膜上制备,通常采用聚焦离子束(FIB)、透射电子显微镜(TEM)或电介质击穿方法制得。纳米孔传感器因其独特的特性通常被用来检测核苷酸聚合物的形态、DNA序列、离子、生物小分子等。在这篇文章之中,我们用纳米孔技术与生物机制相结合的方法对四环素浓度进行了检测。反向四环素反式激活因子(rtTA)和四环素反应元件(TRE)在四环素的作用下会相互结合并生成一个复合体。当这个复合体通过纳米孔时就会产生阻塞电流信号。通过对阻塞电流信号的检测就能够分辨出rtTA、TRE和这个复合体。我们用了两种不同的方法对这些生物分子进行检测,一个是凝胶电泳,另一个是纳米孔生物传感器。在凝胶电泳试验中,我们成功的分辨出了rtTA、TRE以及它们之间存在的弱相互作用。在纳米孔实验中,首先,我们用电击穿法在10nm氮化硅薄膜上制备了10nm以下的纳米孔,然后我们对rtTA和TRE进行了检测,并且成功的将他们区别出来。之后,我们在不同浓度的Tet下探测了rtTA和TRE的相互作用,并且成功将他们之间的结合过程表示了出来。与凝胶电泳相比,纳米孔传感器能够在单分子层面上对生物分子进行探测,更直接、更清晰、更灵敏。
【关键词】：rtTA TRE 四环素 纳米孔 单分子 探测
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X830;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 引言10
• 1.2 纳米孔生物传感器技术概述10-11
• 1.3 论文的主要内容和章节安排11-13
• 第二章 四环素类抗生素及四环素调控系统13-17
• 2.1 四环素抑制细菌生长的生物机制14
• 2.2 四环素调控系统（Tet-off/Tet-on system）14-16
• 2.2.1 Tet-off系统14-15
• 2.2.2 Tet-on系统15-16
• 2.3 本章小结16-17
• 第三章 纳米孔单分子传感器的研究17-28
• 3.1 纳米孔技术简介17
• 3.2 纳米孔探测技术的基本原理17-18
• 3.3 不同类型的纳米孔传感器18-24
• 3.3.1 生物纳米孔18-20
• 3.3.2 固态纳米孔20-23
• 3.3.3 不同类型纳米孔之间的比较23-24
• 3.4 纳米孔生物传感器的应用24-27
• 3.4.1 对核苷酸聚合物结构及其动态传输过程的探测24
• 3.4.2 DNA测序24-25
• 3.4.3 研究病毒DNA包装机制25-26
• 3.4.4 研究共价键或非共价键之间的相互作用26
• 3.4.5 医学诊断26
• 3.4.6 多肽和蛋白质的探测26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 纳米孔的制备28-54
• 4.1 聚焦粒子束溅射28-30
• 4.1.1 FIB设备简介28-29
• 4.1.2 离子束溅射形成纳米孔29-30
• 4.2 电子束溅射30-32
• 4.2.1 透射电子显微镜（TEM）简介30-31
• 4.2.2 电子束溅射形成纳米孔31-32
• 4.3 电介质击穿形成纳米孔32-35
• 4.3.1 多级电压脉冲法33-35
• 4.4 固态纳米孔的加工制备35-40
• 4.5 固态纳米孔三维结构的可控性研究40-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第五章 以纳米孔为基础的四环素检测技术的研究54-67
• 5.1 材料准备55-56
• 5.1.1 质粒构建55
• 5.1.2 蛋白质的重组和提纯55-56
• 5.1.3 纳米孔制备56
• 5.2 实验设计56-58
• 5.3 实验结果与分析58-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间取得的成果72-73

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