基于贵金属纳米材料的新型光学传感器构建及其应用于生物标志物检测研究

发布时间：2020-09-18 07:25

　　贵金属纳米材料具有极大的表面积、表面等离子体共振效应、介电限制效应等特点,这些特点使其具有优良的物理、化学、光学性能,包括稳定性好(无漂白现象)、产量高、导电能力强、催化性能高以及生物相容性好,因此被广泛用于电化学、生物传感分析以及光热治疗等领域。本论文利用贵金属纳米材料极大的表面积以及荧光、表面等离子体共振效应、等离子体共振耦合效应等特性,结合DNA放大技术,以尿嘧啶糖基化酶、miRNA、阿尔茨海默症蛋白等具有重要临床检测意义的生物标志物为研究对象,构建了以下三种基于贵金属纳米材料与DNA纳米技术有机结合的新型光学生物传感器:(1)基于三通路结构驱动的链置换反应及DNA walker驱动的G-四联体球形核酸酶的形成用于催化鲁米诺的化学发光反应,构建了一种高效、高灵敏性、高信噪比的用于尿嘧啶糖基化酶检测的化学发光传感器。该体系的组成部分有:三通路结构和球形核酸结构,其中,三通路结构包括三种链:封闭walker功能的DNA发夹、带有U碱基的探针、维持体系稳定的底物链。球形核酸结构(SNA)是以纳米金为核表面DNA为壳所形成的核壳结构,在纳米金的表面修饰有两种链,一种链用于和三通路结构中的具有walker功能的发夹杂交,另一种链为被封闭的可形成G-四联体DNA酶的发夹。目标物尿嘧啶糖基化酶特异性切除UP探针中的U碱基形成无嘌呤无嘧啶位点(AP位点),在内切酶IV的作用下,使得UP探针断裂并暴露出位于SA链中的toehold端,此时,球形核酸中的链将和SA链杂交,引发toehold介导的链置换反应及后续的DNA walker反应,最终纳米金表面被封闭的可形成G-四联体的DNA全部被释放,在血红素和K~+存在的条件下,形成G-四联体球形核酸酶,其具有非常强的类过氧化物酶活性,该结构能够在H_2O_2存在的条件下催化鲁米诺产生化学发光信号。与传统的DNA酶催化鲁米诺发生化学发光反应不同的是,将用于形成G-四联体的DNA链修饰到纳米金的表面,因纳米金具有很大的比表面积,起到一种富集的效果,从而显著提高所形成的G-四联体球形核酸酶的类过氧化物酶活性,使化学发光信号显著增强。该方法具有信噪比高、灵敏度优良且选择性良好的特点,为检测肿瘤细胞内尿嘧啶糖基化酶的浓度提供简单有效的平台。(2)基于DNA三通路驱动的链置换技术和light-up的银簇荧光探针结构,构建了一种灵敏、简单的用于miRNA检测的荧光生物传感器。该方法的分析单元是由封闭G-rich序列的DNA发夹、目标链的互补链、维持体系稳定的底物链以及产生荧光信号的银簇探针这四部分组成。目标物miRNA通过和其互补链的杂交引发三通路结构发生变化,从而使被封闭的位于发夹中的toehold端被暴露,银簇探针和toehold端进行杂交,引发了toehold介导的链置换反应并使得银簇部分靠近富G碱基部分,银簇荧光被显著增强。该体系借助链置换反应实现链的快速迁移,不借助于酶,既减少了成本又能有效地降低了酶对银簇发光的影响。该方法具有操作简单、信噪比高,荧光响应强等优势,为miRNA的检测提供可靠的依据。(3)基于目标物介导的等离子体耦合所产生的表面增强拉曼散射(SERS)效应,构建了一种简捷、快速、灵敏的能够同时检测两种阿尔茨海默症核心标志物的传感平台。该方法通过设计了两种标记有不同拉曼染料(DTNB和4-AATP)的纳米金,在两种纳米金的表面分别修饰有polyA封闭的目标物的适配体,其中适配体用于捕获目标物,polyA寡核苷酸序列是用来代替巯基锚定AuNPs的表面。在目标物Tau蛋白和β淀粉样肽低聚体分别和各自的适配体特异性地结合后,polyA封闭的寡核苷酸将和AuNPs表面之间的结合发生松动,导致纳米金在体系中发生团聚,产生等离子体共振耦合效应,增强AuNPs之间染料的SERS信号。这是首次将polyA封闭的AuNPs用于蛋白标志物的检测。该方法具有非常高的灵敏性和特异性,为阿尔茨海默症的早期临床诊断提供了简单可靠的方法。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R318;TP212.14;TB383.1
【部分图文】：

原理图,化学发光分析,原理图,端粒酶

济南大学硕士学位论文联体/血红素的复合物，具有类过氧化物酶的活性[1]，因此统的辣根过氧化物酶用于催化反应，目前有文献报道将米诺的化学发光反应。利用端粒酶诱导链延伸出重复的 TTAGGG 序列，在聚合酶和信号放大，内切酶切刻产生的链富含 G 碱基，该富 G 的 DN下形成 G-四联体 DNA 酶，具有类过氧化物酶的活性，在过诺发生氧化还原反应，产生化学发光信号来检测单细胞水平过两步信号放大可获得端粒酶产物较低的检测限，该反应

化学发光,DNA酶,检测原理,信号

图 1.2 两端封闭的 G-四联体 DNA 酶通过化学发光信号用于 miRNA 的检测原理图[3]此外，鲁米诺的化学发光反应还可以与量子点结合，发生化学发光能量转移，人利用 G-四联体的形成来调控两个量子点之间的距离，形成的 G-四联体能催化鲁发生氧化还原反应产生化学发光信号，该化学发光和量子点之间能发生化学发光共量转移，通过形成 G-四联体来调控距离，使得化学发光能量转移由 on 到 off 的切有 K+存在时，形成 G-四联体，诱导化学发光能量转移的发生，此时信号为“on”态；在存在 18-冠醚-6 的时候，G-四联体内部的 K+被去除，G-四联体结构被破坏，拉近的量子点分开，此时信号为“off”的状态，如图 1.3 所示[4]。

原理图,化学发光,量子点,四联体

图 1.2 两端封闭的 G-四联体 DNA 酶通过化学发光信号用于 miRNA 的检测原理图外，鲁米诺的化学发光反应还可以与量子点结合，发生化学发光能量转用 G-四联体的形成来调控两个量子点之间的距离，形成的 G-四联体能催氧化还原反应产生化学发光信号，该化学发光和量子点之间能发生化学发移，通过形成 G-四联体来调控距离，使得化学发光能量转移由 on 到 off存在时，形成 G-四联体，诱导化学发光能量转移的发生，此时信号为“在存在 18-冠醚-6 的时候，G-四联体内部的 K+被去除，G-四联体结构被的量子点分开，此时信号为“off”的状态，如图 1.3 所示[4]。

【相似文献】