基于界面调控的DNA-纳米金探针在生物诊断中的应用研究
发布时间：2021-07-07 14:34
疾病的早期诊断是目前临床医学面临的巨大挑战,亟需发展高灵敏度、高特异性、操作简单且便携的生物诊断方法。近年来,DNA纳米技术与无机纳米材料的蓬勃发展为探索新型生物诊断方法带来了新的契机。在众多的纳米传感器件中,DNA-纳米金探针凭借优异的生物分子识别能力、独特的光学性质、良好的生物相容性得到了广泛的应用。在传感界面的构筑中,界面上DNA探针的非均一自组装层会严重影响传感器的生物识别和传感性能。如何构建高活性的生物识别界面,合理调控纳米尺度上DNA探针的均一性与有序性,使DNA充分发挥其生物活性,拓展DNA-纳米金探针在生物诊断中的应用,是本论文主要解决的关键科学问题。我们将尾部带有聚腺嘌呤嵌段（polyA）的DNA探针修饰在纳米金表面,通过调节polyA嵌段的长度合理有序地控制纳米金表面DNA探针的密度,可有效地降低分子识别的能量壁垒,提高传感器的检测速率和灵敏度。本论文的研究工作基于界面精准调控,有序调节并提高了DNA-纳米金探针在生物标志物诊断中的响应性能。主要内容如下:1.基于课题组发展的聚腺嘌呤嵌段（polyA）DNA-纳米金偶联体的制备方法,制备了polyA介导的基于荧光共振...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A)最早的加盐老化法组装DNA-AuNPs[15]；(B)FSN辅助组装DNA-AuNPs[19]；(C)营造低pH环境快速组装DNA-AuNPs[20]；(D)冻融反应组装DNA-AuNPs[21]
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪论7图1.3基于DNA-AuNPs的荧光传感器：（A）“纳米耀斑”探针[39]；（B）“粘性耀斑”探针[43]；（C）“荧光共振能量转移-纳米耀斑”探针[44]；（D）基于AuNPs的熵驱动的三维分子机器[45]；（E）基于AuNPs的DNA酶驱动的三维分子机器[46]。与其他纳米颗粒如量子点、磁性纳米粒子不同，金纳米粒子具有独特的表面等离子体共振性质[47]。简而言之，溶液中金纳米粒子间距离的改变会产生表面等离子体耦合效应，使其等离子体共振光谱发生位移，从而导致溶液颜色的变化。基于这一性质，DNA-纳米金探针已成为构建比色传感器的重要元素之一。Mirkin等最早展示了DNA-AuNPs探针构建比色传感器的策略[48]（图1.4A），核心思想在于靶标诱导AuNPs的聚集，导致溶液颜色由红到蓝的变化，成功实现了对小分子以及核酸的比色检测。盐离子浓度会对AuNPs的稳定性造成一定的影响，DNA对AuNPs的修饰提高了AuNPs的耐盐性，利用这一性质，Li等提出了靶标诱导降低AuNPs稳定性的比色方案[49]（图1.4B）。他们将核酸适体通过碱基互补配对修饰在DNA-AuNPs上，并分散于特定浓度的盐溶液中。当靶标存在时，核酸适体特异性结合靶标形成新的二级结构并与DNA-AuNPs脱离,使DNA-AuNPs的稳定性降低而发生聚集，根据DNA-AuNPs的聚集程度可以测定靶标浓度。AuNPs从聚集到分离，同样是颜色变化的过程。Chan和Zagorovsky巧妙地设计了基于多组分核酸酶（MNAzyme）的DNA-AuNPs比色探针[50]，如图1.4C所示，两组DNA-AuNPs在连接链的杂交下互相交联，形成AuNPs的聚集网络，导致它们各自的局部等离子体激元场耦合，从而导致最大吸光波长向长波段移动，
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪论8溶液的颜色从红色变为紫色。当靶标存在时，将激活由连接链和底物链组成的MNAzyme，催化连接链的裂解，导致聚集网络的崩塌以及靶标的释放，导致溶液由紫色重新变为红色，实现了对靶标的高灵敏检测。图1.4基于DNA-AuNPs的比色传感策略：（A）靶标诱导AuNPs聚集的比色策略[48]；（B）靶标诱导降低DNA-AuNPs稳定性的比色策略[49]；（C）靶标诱导DNA-AuNPs聚集网络解离的比色策略[50]。电化学传感是通过电化学仪器测量靶标诱导下电压、电流或电阻等信号的改变，金纳米粒子具有天然的电化学氧化还原活性[51]，DNA-纳米金可装载大量的捕获探针或电化学分子，结合DNA-纳米金可大幅提高电化学传感器的输出信号和灵敏度。Taton等率先使用DNA-AuNPs结合电化学检测方法实现对核酸的超灵敏分析[52]（图1.5A）。他们首先在电极基底上固定捕获探针，靶标核酸诱导DNA-纳米金在基底上固定，加入银染试剂，在金纳米粒子的表面继续沉积银原子来增强基底的导电性，通过靶标改变电导率的方法，使得对目标核酸的检测限降低到500fM,对单碱基错配的选择性误差降低到十万分之一。Yi等结合DNA-AuNPs改变了传统的分子报告探针与多个报告探针偶联的方式，提出基于分离适体的电化学夹心测定法（NE-SAESA）[53]（图1.5B）。DNA-AuNPs提高了探针的局部浓度和结合亲和力，与等效的SAESA相比，提高了对ATP、可卡因的检测灵敏度约103-105倍。Zuo等结合DNA-AuNPs提出了一种基于纳米探针引发的酶促聚合（NIEP）电化学传感器[54]（图1.5C），通过基底的捕获探针固定DNA-AuNPs，末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）催化
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DNA纳米结构的传感界面调控及生物检测应用[J]. 叶德楷,左小磊,樊春海. 化学进展. 2017(01)
[2]Electrochemical single nucleotide polymorphisms genotyping on surface immobilized three-dimensional branched DNA nanostructure[J]. GE ZhiLei, PEI Hao, WANG LiHua, SONG ShiPing & FAN ChunHai Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China. Science China（Chemistry）. 2011(08)
本文编号：3269810
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A)最早的加盐老化法组装DNA-AuNPs[15]；(B)FSN辅助组装DNA-AuNPs[19]；(C)营造低pH环境快速组装DNA-AuNPs[20]；(D)冻融反应组装DNA-AuNPs[21]
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪论7图1.3基于DNA-AuNPs的荧光传感器：（A）“纳米耀斑”探针[39]；（B）“粘性耀斑”探针[43]；（C）“荧光共振能量转移-纳米耀斑”探针[44]；（D）基于AuNPs的熵驱动的三维分子机器[45]；（E）基于AuNPs的DNA酶驱动的三维分子机器[46]。与其他纳米颗粒如量子点、磁性纳米粒子不同，金纳米粒子具有独特的表面等离子体共振性质[47]。简而言之，溶液中金纳米粒子间距离的改变会产生表面等离子体耦合效应，使其等离子体共振光谱发生位移，从而导致溶液颜色的变化。基于这一性质，DNA-纳米金探针已成为构建比色传感器的重要元素之一。Mirkin等最早展示了DNA-AuNPs探针构建比色传感器的策略[48]（图1.4A），核心思想在于靶标诱导AuNPs的聚集，导致溶液颜色由红到蓝的变化，成功实现了对小分子以及核酸的比色检测。盐离子浓度会对AuNPs的稳定性造成一定的影响，DNA对AuNPs的修饰提高了AuNPs的耐盐性，利用这一性质，Li等提出了靶标诱导降低AuNPs稳定性的比色方案[49]（图1.4B）。他们将核酸适体通过碱基互补配对修饰在DNA-AuNPs上，并分散于特定浓度的盐溶液中。当靶标存在时，核酸适体特异性结合靶标形成新的二级结构并与DNA-AuNPs脱离,使DNA-AuNPs的稳定性降低而发生聚集，根据DNA-AuNPs的聚集程度可以测定靶标浓度。AuNPs从聚集到分离，同样是颜色变化的过程。Chan和Zagorovsky巧妙地设计了基于多组分核酸酶（MNAzyme）的DNA-AuNPs比色探针[50]，如图1.4C所示，两组DNA-AuNPs在连接链的杂交下互相交联，形成AuNPs的聚集网络，导致它们各自的局部等离子体激元场耦合，从而导致最大吸光波长向长波段移动，
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第一章绪论8溶液的颜色从红色变为紫色。当靶标存在时，将激活由连接链和底物链组成的MNAzyme，催化连接链的裂解，导致聚集网络的崩塌以及靶标的释放，导致溶液由紫色重新变为红色，实现了对靶标的高灵敏检测。图1.4基于DNA-AuNPs的比色传感策略：（A）靶标诱导AuNPs聚集的比色策略[48]；（B）靶标诱导降低DNA-AuNPs稳定性的比色策略[49]；（C）靶标诱导DNA-AuNPs聚集网络解离的比色策略[50]。电化学传感是通过电化学仪器测量靶标诱导下电压、电流或电阻等信号的改变，金纳米粒子具有天然的电化学氧化还原活性[51]，DNA-纳米金可装载大量的捕获探针或电化学分子，结合DNA-纳米金可大幅提高电化学传感器的输出信号和灵敏度。Taton等率先使用DNA-AuNPs结合电化学检测方法实现对核酸的超灵敏分析[52]（图1.5A）。他们首先在电极基底上固定捕获探针，靶标核酸诱导DNA-纳米金在基底上固定，加入银染试剂，在金纳米粒子的表面继续沉积银原子来增强基底的导电性，通过靶标改变电导率的方法，使得对目标核酸的检测限降低到500fM,对单碱基错配的选择性误差降低到十万分之一。Yi等结合DNA-AuNPs改变了传统的分子报告探针与多个报告探针偶联的方式，提出基于分离适体的电化学夹心测定法（NE-SAESA）[53]（图1.5B）。DNA-AuNPs提高了探针的局部浓度和结合亲和力，与等效的SAESA相比，提高了对ATP、可卡因的检测灵敏度约103-105倍。Zuo等结合DNA-AuNPs提出了一种基于纳米探针引发的酶促聚合（NIEP）电化学传感器[54]（图1.5C），通过基底的捕获探针固定DNA-AuNPs，末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）催化
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DNA纳米结构的传感界面调控及生物检测应用[J]. 叶德楷,左小磊,樊春海. 化学进展. 2017(01)
[2]Electrochemical single nucleotide polymorphisms genotyping on surface immobilized three-dimensional branched DNA nanostructure[J]. GE ZhiLei, PEI Hao, WANG LiHua, SONG ShiPing & FAN ChunHai Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China. Science China（Chemistry）. 2011(08)
本文编号：3269810
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