基于二维纳米材料的DNA荧光传感系统的构建及其在水环境分析和分子信息安全中的应用
发布时间：2021-01-09 06:48
水环境是地球生物圈的重要组成部分,与生命生存与繁衍息息相关。当前,水环境面临复杂的生态系统可持续性问题和严峻污染问题。如水产养殖中的病原菌（如嗜水气单胞菌和迟缓爱德华氏菌）泛滥不仅造成巨大的经济损失,而且危害食用鱼类健康并间接影响人体健康。此外,人类活动产生的有毒金属离子排放,不仅对生态环境造成了难以修复的影响,而且对人体也造成严重危害。但是,针对它们的现有分析方法存在耗时、成本高昂、灵敏度低、功能单一、不能区分价态、难以实现范围可调检测等问题。本论文基于氧化石墨烯（GO）纳米片和羟基氧化钴（CoOOH）纳米片等二维纳米材料为平台,利用其优异的荧光猝灭能力和对不同构型DNA结合能力的差异,联合标记荧光染料的DNA探针（如适配体和碱基序列可变的DNA等）的分子识别、序列可变与信息编码能力,构建了DNA荧光传感系统,用于鱼类病原菌的高灵敏检测和金属离子的价态区分与动态可调分析,并实现了鱼类病原菌感染鲫鱼后的活体成像诊断。此外,因分子级系统具有自下而上自组装能力,近年来利用分子执行逻辑计算与信息处理的研究方兴未艾。为拓展分子信息处理系统的应用范围,我们还将上述分子系统用于逻辑计算和信息隐藏与...
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于纳米材料结合识别元件制备纳米探针检测和感知细菌的示意图
图 1-2 SELEX 技术原理图。Fig. 1-2 Scheme of SELEX technology.1.4.3 适配体在构建生物传感器方面的应用基于上述适配体的诸多优良特性，使其在构建生物传感器进行生物检测方面具有广泛应用[108, 109]。其中基于荧光分析的方法具有高灵敏度和选择性，是生化分析中最常使用的检测方法之一。构建基于荧光共振能量转移(FRET)原理的适配体荧光传感器是近年来研究的热点之一[110]。Jhaveri[111]等设计了两种荧光基团标记的适配体用于检测 ATP。作者在 DNA适配体的鸟嘌呤 G7碱基和 G8之间修饰荧光素，或用吖啶荧光团修饰 RNA 适配体中的腺嘌呤 A13。当加入 ATP 时，适配体荧光强度随着 ATP 浓度的增加而升高，并且可以用于定量分析。Wang 课题组[112, 113]使用适配体功能化的磁纳米颗粒结合双色上转换荧光检测系统实现了鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的同时检测，该方法对这两种菌的检测
图 1-3 基本逻辑运算的逻辑符号及真值表[130]。Fig. 1-3 Logical symbols and true values of the basic logic operations[130].DNA 作为生物体主要的遗传物质，对生物体的繁衍起着至关重要的 分子的双螺旋结构以及其碱基互补配对原则为构建 DNA 分子逻辑要的理论依据[131]。DNA 分子逻辑门是运用计算机逻辑门的原理，在的基础上进行设计和编码，把 DNA 分子作为生化材料，依据相应的行逻辑门的运算[132]。其输入与输出对象是在分子或超分子水平上实两个以上的复杂操作，输出信号就是操作所得到相应的逻辑信号，而用于“1”和“0”二进制布尔逻辑运算，从而实现 DNA 分子水平上的数学来已有一些科学家利用 DNA 逻辑门构建了诸如复杂布尔逻辑电路[124系统[133, 134]、模糊逻辑系统[135]和可逆逻辑门[136]等系统，并将其用于传感[137]、智能分子搜索[138]和药物靶向递送[139, 140]等领域，如图 1-4 所一些基于分子逻辑门在分子检测及成像方面的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]DNA computing for combinational logic[J]. Chuan ZHANG,Lulu GE,Yuchen ZHUANG,Ziyuan SHEN,Zhiwei ZHONG,Zaichen ZHANG,Xiaohu YOU. Science China（Information Sciences）. 2019(06)
[2]时间分辨荧光免疫分析高灵敏检测嗜水气单胞菌[J]. 林鹏,卢洁,郭松林,冯建军,王艺磊,陈锦民. 化学学报. 2017(04)
[3]基于多肽与金属离子作用的一种高选择性Cd2+荧光比率传感器[J]. 王召璐,冯慧云,李艳,许涛,薛泽春,李连之. 无机化学学报. 2015(10)
[4]基于数字PCR的单分子DNA定量技术研究进展[J]. 李亮,隋志伟,王晶,臧超,余笑波. 生物化学与生物物理进展. 2012(10)
博士论文
[1]仿生构建生物逻辑系统和生物传感平台的研究[D]. 李永.湖南大学 2016
[2]基于微流控芯片的免疫传感器和蛋白质组学研究[D]. 王慧香.复旦大学 2011
硕士论文
[1]基于电化学检测的DNA分子逻辑门及逻辑运算器的构建[D]. 张笛.宁夏大学 2017
[2]嗜水气单胞菌和迟缓爱德华菌适体的SELEX筛选[D]. 王雷.集美大学 2012
本文编号：2966170
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于纳米材料结合识别元件制备纳米探针检测和感知细菌的示意图
图 1-2 SELEX 技术原理图。Fig. 1-2 Scheme of SELEX technology.1.4.3 适配体在构建生物传感器方面的应用基于上述适配体的诸多优良特性，使其在构建生物传感器进行生物检测方面具有广泛应用[108, 109]。其中基于荧光分析的方法具有高灵敏度和选择性，是生化分析中最常使用的检测方法之一。构建基于荧光共振能量转移(FRET)原理的适配体荧光传感器是近年来研究的热点之一[110]。Jhaveri[111]等设计了两种荧光基团标记的适配体用于检测 ATP。作者在 DNA适配体的鸟嘌呤 G7碱基和 G8之间修饰荧光素，或用吖啶荧光团修饰 RNA 适配体中的腺嘌呤 A13。当加入 ATP 时，适配体荧光强度随着 ATP 浓度的增加而升高，并且可以用于定量分析。Wang 课题组[112, 113]使用适配体功能化的磁纳米颗粒结合双色上转换荧光检测系统实现了鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的同时检测，该方法对这两种菌的检测
图 1-3 基本逻辑运算的逻辑符号及真值表[130]。Fig. 1-3 Logical symbols and true values of the basic logic operations[130].DNA 作为生物体主要的遗传物质，对生物体的繁衍起着至关重要的 分子的双螺旋结构以及其碱基互补配对原则为构建 DNA 分子逻辑要的理论依据[131]。DNA 分子逻辑门是运用计算机逻辑门的原理，在的基础上进行设计和编码，把 DNA 分子作为生化材料，依据相应的行逻辑门的运算[132]。其输入与输出对象是在分子或超分子水平上实两个以上的复杂操作，输出信号就是操作所得到相应的逻辑信号，而用于“1”和“0”二进制布尔逻辑运算，从而实现 DNA 分子水平上的数学来已有一些科学家利用 DNA 逻辑门构建了诸如复杂布尔逻辑电路[124系统[133, 134]、模糊逻辑系统[135]和可逆逻辑门[136]等系统，并将其用于传感[137]、智能分子搜索[138]和药物靶向递送[139, 140]等领域，如图 1-4 所一些基于分子逻辑门在分子检测及成像方面的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]DNA computing for combinational logic[J]. Chuan ZHANG,Lulu GE,Yuchen ZHUANG,Ziyuan SHEN,Zhiwei ZHONG,Zaichen ZHANG,Xiaohu YOU. Science China（Information Sciences）. 2019(06)
[2]时间分辨荧光免疫分析高灵敏检测嗜水气单胞菌[J]. 林鹏,卢洁,郭松林,冯建军,王艺磊,陈锦民. 化学学报. 2017(04)
[3]基于多肽与金属离子作用的一种高选择性Cd2+荧光比率传感器[J]. 王召璐,冯慧云,李艳,许涛,薛泽春,李连之. 无机化学学报. 2015(10)
[4]基于数字PCR的单分子DNA定量技术研究进展[J]. 李亮,隋志伟,王晶,臧超,余笑波. 生物化学与生物物理进展. 2012(10)
博士论文
[1]仿生构建生物逻辑系统和生物传感平台的研究[D]. 李永.湖南大学 2016
[2]基于微流控芯片的免疫传感器和蛋白质组学研究[D]. 王慧香.复旦大学 2011
硕士论文
[1]基于电化学检测的DNA分子逻辑门及逻辑运算器的构建[D]. 张笛.宁夏大学 2017
[2]嗜水气单胞菌和迟缓爱德华菌适体的SELEX筛选[D]. 王雷.集美大学 2012
本文编号：2966170
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