基于G-四链体构建DNA比色逻辑门的研究

发布时间：2017-03-19 18:06

  本文关键词：基于G-四链体构建DNA比色逻辑门的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：结合化学物质和分子技术来模拟基于硅晶体的计算机,在科学领域中已经受到了广泛的关注。分子逻辑门可以执行布尔逻辑操作,并且这些布尔逻辑操作代表着现代计算机的基本操作原理,因此,很大地促进了分子逻辑门的发展。由于DNA分子结构和功能性是多样化的,因此DNA分子就成为了构建分子逻辑门的潜在材料。在本论文中,我们主要致力于DNA逻辑门的构建以及应用的研究,主要开展了以下两个方面的研究工作:1.富含G碱基的DNA序列通过互补杂交作用锁在三链分子信标中,加入输入物质(单链DNA)后,发生杂交取代反应,导致三链分子构型发生转变,使得富含G碱基的DNA序列被释放出来,在血红素(hemin)存在时,释放出来的富含G碱基的DNA序列自组装形成类似辣根过氧化酶活性的G-四链体-hemin,G-四链体-hemin催化H2O2氧化四甲基联苯胺(TMB)显色为逻辑门的输出信号。因此,以三链信标分子为基本元件、单链DNA为输入,TMB显色为输出信号,构建了OR、XOR、INHIBIT和AND逻辑门,进而结合AND和XOR构建了可执行OR布尔逻辑操作的复合逻辑门MC。以上逻辑门的逻辑输出信号用肉眼就可以观察,是一个灵活、经济且简单的DNA逻辑器件构建方法。2.提出一种基于金属离子调控核酸外切酶III剪切作用的DNA比色逻辑门构建方法,该方法具有操作简单、可行性高以及非常经济的优点。含有T-T或者C-C错配碱基的双链DNA不能被核酸外切酶III剪切,但是,当Hg2+或者Ag+存在时,通过T-Hg2+-T或者C-Ag+-C作用形成的一端3′终端完全匹配的双链DNA则可以被核酸外切酶III剪切并释放出一条单链DNA,释放出的单链DNA可与信号探针DNA(两条富含G碱基的序列)杂交形成G-四链体结构,进而与hemin结合形成G-四链体-hemin,而催化H2O2氧化TMB显色,基于此原理,我们以Hg2+和Ag+作为输入物质,TMB显色作为输出信号,构建了OR、AND、INHIBIT和XOR逻辑门。另外,被核酸外切酶III剪切释放出的单链DNA也可与另一种信号探针DNA(自组装形成的G-四链体)发生杂交取代反应,破坏G-四链体结构,因而不能与hemin结合形成G-四链体-hemin,无法催化TMB显色,基于此原理,我们以Hg2+和Ag+作为输入物质,TMB显色作为输出信号,构建了NOR、NAND、IMPLICATION和XNOR逻辑门。而且,本方法构建的OR逻辑门还实现了对重金属离子Hg2+和Ag+的逻辑检测,具有良好的逻辑应用前景。
【关键词】：DNA比色逻辑门 三链分子构型转换 G-四链体 DNA酶 核酸外切酶Ш 金属离子
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP384;Q523
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 DNA逻辑门的概述9-10
• 1.2.1 DNA逻辑门的概念9
• 1.2.2 DNA逻辑门的基本原理9-10
• 1.3 DNA逻辑器件的组成以及分子识别方法10-12
• 1.4 DNA逻辑门的构建方法12-15
• 1.4.1 基于DNA构型变化构建DNA逻辑门12-13
• 1.4.2 基于调控酶活性构建DNA逻辑门13-15
• 1.5 DNA比色逻辑门的构建15-17
• 1.6 本论文主要研究内容17-18
• 第二章 基于三链DNA构型变换构建比色逻辑门18-28
• 2.1 引言18-19
• 2.2 实验部分19-21
• 2.2.1 试剂与仪器19-20
• 2.2.2 实验方法20-21
• 2.3 结果与讨论21-27
• 2.3.1 功能分子三链发夹信标分子（tMB）的设计原理21
• 2.3.2 OR逻辑门的构建21-22
• 2.3.3 XOR逻辑门的构建22-23
• 2.3.4 INHIBIT逻辑门的构建23-24
• 2.3.5 AND逻辑门的构建24-25
• 2.3.6 结合XOR和AND逻辑构建复合逻辑门MC25-26
• 2.3.7 逻辑门的圆二色谱表征26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于金属离子激活核酸外切酶活性来构建DNA比色逻辑门28-46
• 3.1 引言28-29
• 3.2 实验部分29-31
• 3.2.1 试剂与仪器29-30
• 3.2.2 实验操作30-31
• 3.3 结果与讨论31-45
• 3.3.1 逻辑系统的设计原理31-35
• 3.3.2 OR逻辑门的构建35-36
• 3.3.3 选择性的考察36-37
• 3.3.4 Hg~(2+)和Ag~+的逻辑检测37-38
• 3.3.5 AND逻辑门构建38-39
• 3.3.6 INHIBIT逻辑门的构建39-40
• 3.3.7 XOR逻辑门的构建40-41
• 3.3.8 NOR逻辑门的构建41-42
• 3.3.9 NAND逻辑门的构建42-43
• 3.3.10 IMPLICATION逻辑门的构建43
• 3.3.11 XNOR逻辑门的构建43-44
• 3.3.12 结合AND和XOR逻辑构建的复合逻辑门（MC）44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 总结与展望46-55
• 致谢55-47
• 参考文献47-56
• 攻读学位期间的研究成果56

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杜娟;娄新徽;金庆辉;赵建龙;;基于Hg~(2+)诱导DNA双链形成的汞离子检测试纸条研制[J];传感器与微系统;2014年01期

2 吴忠钰;刘竟然;尹俊;张峰;;DNA折纸术的研究进展[J];基因组学与应用生物学;2014年03期

3 俞洋;李江;张钊;樊春海;;基于DNA自组装过程的纳米结构研究[J];生物技术通报;2015年04期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵旭华;基于DNA酶和氧化石墨烯的高灵敏荧光生物传感体系的研究[D];湖南大学;2013年

2 陈朝晖;聚合物功能化的银纳米材料及其分析应用研究[D];西南大学;2013年

3 何定庚;基于可逆、可再生介孔二氧化硅的刺激响应控制释放和分析检测研究[D];湖南大学;2012年

4 丁伟;金属离子驱动的DNA分子折叠及其协助下的链替换反应[D];中国科学技术大学;2013年

5 张建蓉;构建DNA及银纳米簇荧光传感器用于金属离子及有机小分子的识别研究[D];西南大学;2013年

6 丁力;基于噻吨酮和芴的荧光化学传感器[D];华东理工大学;2014年

7 章丹;基于不同DNA序列形成的G-四链体结构无标记检测多种金属离子[D];武汉大学;2011年

8 尹晋津;基于DNA-银纳米簇荧光探针的离子、小分子及细胞免标记检测研究[D];湖南大学;2014年

9 刘斯佳;基于纳米材料和核酸探针的生物传感方法研究[D];湖南大学;2013年

10 刘波;NAFLD细胞模型构建、核酸适配体筛选及靶向药物运输[D];中南大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 罗金尚;汞离子光学传感器的设计及其在环境水样中的分析应用[D];西南大学;2013年

2 文婷;基于聚乙烯亚胺的荧光分析法在环境分析中的应用研究[D];西南大学;2013年

3 徐成荣;金属氧化物基微纳结构的设计合成及性质研究[D];安徽师范大学;2013年

4 刘瑞利;金纳米材料的制备及在铜离子检测方面的应用[D];烟台大学;2013年

5 袁欣;高分子稳定的贵金属纳米颗粒的制备、表征及其在重金属离子检测中的应用[D];东华大学;2014年

6 马秀菊;以纳米技术为基础的生物传感器的制备[D];青岛科技大学;2013年

7 张成新;基于过氧化物模拟酶及核酸工具酶技术的高灵敏光学生物传感器构筑及性能研究[D];青岛科技大学;2013年

8 诸兵;DNA四面体-CpG复合结构激活细胞免疫[D];南京农业大学;2013年

9 程锦燕;超分子手性纳米材料的合成与基于手性硫脲的Hg~(2+)识别研究[D];西南大学;2014年

10 吴忠钰;利用DNA折纸术设计纳米结构的研究[D];内蒙古农业大学;2014年

  本文关键词：基于G-四链体构建DNA比色逻辑门的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：256349