功能核酸液晶-液相生物传感器检测小分子物质的研究

发布时间：2017-12-19 09:20

  本文关键词：功能核酸液晶-液相生物传感器检测小分子物质的研究

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【摘要】：液晶是物质介于晶体和液体之间的一种物质形态,液晶兼具液体的流动性以及晶体的各向异性。自20世纪60年代以来,液晶作为一类特殊的光电敏感材料,已被广泛应用于高新技术领域中,对社会发展和日常生活产生了非常重要的影响。近年来,因其独特的物理、化学性质也逐渐在生物分析、医疗诊断、仪器分析等领域也有了一定的应用。液晶被作为信号转换媒介开启了液晶生物传感技术的大门,液晶生物传感器以生物活性材料为识别元件,在液晶对偏振光具有双折射性的特性的基础上,监测液晶取向变化,得到相关光学信号的新型传感器,构造简单,易于观察,光学图像变化能提供丰富的信息,适合生物分子的高速高通量检测。目前对于液晶生物传感器的研究以及应用尚处于初级阶段,其中热致液晶分子中的向列相液晶算是比较成功的一类液晶材料。液晶生物传感器主要利用液晶分子的排列取向易受到外界微小的理化性质及界面形貌变化所影响的特性,基于生物分子识别或催化反应而建立的低耗、简便、高灵敏的生物传感器。结合液晶生物传感器的特点和功能核酸的优势,本文通过在液晶-液相界面构建DNA生物传感器实现了对金属离子Ag~+和半胱氨酸的检测研究,并且在此基础上构建了相关液晶逻辑门实现对多目标分析物的智能识别。(1)基于功能核酸构建了针对金属离子Ag~+的液晶-溶液界面生物传感器。针对无掺杂表面活性剂的液晶-水相传感界面传感机制尚不是特别清楚这一问题,考察了包括离子浓度和pH等方面的缓冲液环境,构建合理的液晶光学池；已知核酸分子的磷酸骨架富含负电荷,是一类特殊的聚阴离子电解质,在核酸分子的构象变化可以导致界面负电荷分布和密度的改变以及可以导致界面电场结构发生变化的基础上,结合界面空间构型和界面电场效应的变化可以诱导液晶分子排列取向发生重排的原理,成功构建了一种信号增强的液晶-水相生物传感方法对金属离子Ag~+进行检测分析。刚性双螺旋结构的双链DNA (dsDNA)可以帮助界面双电层结构的形成,诱导液晶分子垂直取向排列；自由卷曲的单链DNA (ssDNA)在液晶-液相界面处于游离状态,界面负电荷分布无规律,不能形成有序的电场结构,液晶分子倾斜取向排列。利用具有特异性和稳定性的C-Ag~+-C的结构,可以改变界面的核酸适体的构象,界面空间构型的改变和电场分布的改变可以诱导液晶分子的排列取向发生改变,从而使得其光学图像信号发生变化。该液晶-液相界面传感方法简单,低耗、快速,给发展新型快速的小分子物质传感分析方法提供新的研究思路。(2)基于功能核酸结合小分子构建了针对半胱氨酸(Cys)的液晶-液相界面生物传感器,并且发展了针对多目标分析物体系的液晶生物逻辑门。基于核酸适体的构象变化可改变液晶-液相界面的电场分布和强度,继而可诱导液晶分子重排这一原理,构建检测Cys的液晶-液相界面生物传感器；此外,以富C碱基dsDNA的构象变化为分子逻辑开关,Ag~+和Cys为输入信号,液晶的光学响应为输出信号,构建对重金属离子Ag~+和Cys进行智能识别和检测的液晶生物逻辑门,这是一种操作简单、试剂用量少、响应快速、高通量的针对多目标分析物的智能分析方法；最后利用H2O2可以氧化半胱氨酸,使得半胱氨酸失去对Ag~+的竞争力,不能导致功能核酸发生构象改变这一原理,从而实现了对H_2O_2的检测。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O753.2;TP212.3

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本文编号：1307684