纳米荧光探针用于核酸分子的检测及成像研究

发布时间：2020-01-31 14:50

【摘要】：核酸,包括脱氧核糖核酸和核糖核酸,在生物的生长、发育、突变、炎症、癌症等正常或异常的生命活动中发挥着重要的作用,它们的异常表达与多种疾病的发生、发展也密切相关.因此,发展准确、有效的方法实现核酸分子的检测,对深入探究核酸的功能调控以及相关疾病的早期检测与治疗都具有重要的意义.荧光检测法与荧光成像技术具有灵敏度高、时空分辨率高等优点,为实时、准确的检测核酸分子提供了有力的工具.本文着重综述了近年来发展的纳米荧光探针用于疾病相关核酸分子的检测与细胞和活体成像工作的研究进展,最后提出了进一步构建新型纳米荧光探针用于核酸检测面临的挑战、未来发展方向与展望.
【图文】：

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14],在分析化学、生物学和医学等领域引起了人们极大的关注.尤其是近几年来,纳米荧光探针已经被广泛用于核酸分子的检测,有力地推动了人们进一步了解核酸在疾病的发生与发展中所发挥的作用.本文系统综述了近年来发展的纳米荧光探针在DNA、mRNA和miRNA检测方面取得的研究成果和进展.并在构建新型纳米荧光探针、深入剖析核酸的功能等方面进行了探讨与展望.2检测核酸分子的纳米荧光探针的设计策略2.1基于金纳米粒子(AuNPs)的纳米荧光探针基于AuNPs的荧光纳米探针用于核酸的检测是目前常用的策略之一,主要有两种方法.如图1A所示,第一种方法是将特异性识别靶标核酸分子的分子信标(MB,一端连接巯基,一端连接染料)通过金-硫键(Au-S)组装到AuNPs表面.此时,染料靠近AuNPs表面,荧光被猝灭.当靶标核酸分子出现时,与MB杂交将其茎环结构打开,染料远离AuNPs后荧光恢复.第二种方法是纳米火焰法(图1B).其设计原理是通过Au-S作用在AuNPs表面修饰与靶标核酸分子能特异性识别的寡核苷酸(识别链),并与修饰有荧光染料的短链DNA(报告链)杂交,此时由于报告链靠近AuNPs的表面,荧光处于猝灭状态.在靶标核酸分子存在时,与识别链结合形成更长、更稳定的双链,释放报告链并远离AuNPs,染料的荧光恢复.通过荧光强度的变化实现对核酸分子的检测.改变AuNPs表面修饰MB、识别链和报告链的种类,可以实现多种核酸分子的同时检测.2.2基于氧化石墨烯(GO)、聚多巴胺(pDA)和单壁碳纳米管(SWNT)等通过π-π作用制备的纳米荧光探针基于GO的荧光纳米探针用于核酸的检测是另一种图1基于AuNPs的荧光纳米探针用于核酸检测的示意图Figure1AdesignstrategyoffluorescentnanoprobefordetectionofnucleicacidsbasedonAuNPs常用的策略.通常来讲,基于GO的纳米荧光探针设计原理是

示意图,探针,示意图,染料分子

料的荧光恢复.通过荧光强度的变化实现对核酸分子的检测.改变AuNPs表面修饰MB、识别链和报告链的种类,可以实现多种核酸分子的同时检测.2.2基于氧化石墨烯(GO)、聚多巴胺(pDA)和单壁碳纳米管(SWNT)等通过π-π作用制备的纳米荧光探针基于GO的荧光纳米探针用于核酸的检测是另一种图1基于AuNPs的荧光纳米探针用于核酸检测的示意图Figure1AdesignstrategyoffluorescentnanoprobefordetectionofnucleicacidsbasedonAuNPs常用的策略.通常来讲,基于GO的纳米荧光探针设计原理是通过π-π作用将修饰荧光染料的单链DNA(ssDNA)(图2A)或发夹DNA(图2B)吸附到GO的表面,此时染料的荧光被GO猝灭.当靶标核酸分子存在时,与发夹DNA或ssDNA杂交形成双链,并远离GO表面,导致染料的荧光恢复,实现对目标核酸分子的检测.通过改变发夹DNA或ssDNA的种类,可实现多种核酸分子的同时检测.同时,在这个体系中引入一些辅助核酸探针,可以实现对核酸的放大检测.其他材料,如pDA和SWNT的设计原理与GO是相同的.图2基于GO的荧光纳米探针用于核酸检测的示意图Figure2ThedesignstrategyoffluorescentnanoprobefordetectionofnucleicacidsbasedonGO2.3基于其它材料的纳米荧光探针选择纳米材料作为载体或者猝灭剂,如DNA四面体、二氧化锰(MnO2),然后通过物理吸附或者共价连接能够识别靶标分子的DNA检测探针,猝灭其表面修饰染料的荧光.当靶标核酸分子存在时,与DNA检测探针杂交形成双链后荧光恢复.另外一些荧光纳米探针的设计是基于荧光共振能量转移(FRET)原理.在靶标核酸分子不存在时,供体染料分子和受体染料分子距离较远,不能发生FRET,此时供体处于强荧光状态,而受体处于弱荧光状态.当靶标核酸分子存在时,与检测探针结合后,使得供体染料分子和受体染料分子之间的距?

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