几种基于纳米标记的DNA传感器的研究

论文摘要

核酸是生命遗传物质,核酸碱基的突变将诱导多种疾病的产生。故对特定序列的DNA片段进行有效的识别和高灵敏度的检测在基因表达分析、基因突变检测和疾病诊断等众方面都具有极其重要的意义。随着生物纳米技术的发展,纳米材料为生物检测技术的研究带来了新的契机。例如,磁性纳米粒子的磁分离技术已广泛应用于对DNA、蛋白质以及细胞等的分离纯化中。与有机荧光染料相比,量子点具有更优越的光学特性,从而为解决有机荧光探针分子存在的问题提供了新方向。金纳米材料因其易制备、生物相容及独特的光学性质等在DNA传感器的应用中受到越来越多的关注。本论文综合了诸多纳米材料的优越性,应用于新型DNA传感器的研究,主要内容包括:（1）基于磁分离的DNA有机荧光放大检测以纳米金为载体标记两种不同的DNA探针,利用bar-codeDNA信号放大技术,同时结合磁性纳米粒子的分离作用,通过液相杂交,将靶DNA的荧光信号进行放大。该体系对靶DNA寡核苷酸的检测限为1 pM,其灵敏度比常规的荧光检测方法至少提高一个数量级以上。去除背景,与完全正配（T0）和单碱基错配（T1）靶序列三明治杂交后,二者的荧光信号强度之比为2.12:1,可显著区分正错配靶探针。（2）基于磁分离和量子点荧光共振能量转移的DNA检测将磁分离技术与量子点荧光共振能量转移相结合,构建了一种新型的DNA生物传感器。制备了最外层包被绿色量子点的Fe3O4@SiO2@CdTe（Green）复合纳米粒子,并以此复合粒子为载体修饰DNA探针,与标记了橙色量子点的靶DNA进行杂交。结果表明成功制备了Fe3O4@SiO2@CdTe磁性/荧光复合粒子,粒子具有超顺磁性,荧光信号明显。杂交后,量子点间发生荧光能量转移,与未发生荧光能量转移的对照组相比,DNA的荧光检测信号明显加强,并可区分正错配DNA序列。（3）基于金纳米棒的DNA检测利用金纳米棒高度灵敏的光学性质,本论文提出了一种基于金纳米棒标记的DNA检测体系。在金纳米棒表面分别组装两种不同的巯基DNA探针,然后与靶DNA进行三明治杂交,根据杂交后金纳米棒等离子体共振峰的位移即可检测靶DNA。实验制备了分散性好、长径比为2.7的金纳米棒,与完全正配的靶探针杂交后,检测灵敏度可达1pM,并且可有效识别正配、单碱基错配和完全错配的DNA。此DNA检测方法具有操作简便、快捷,所用仪器设备简单等特点,可进一步拓展应用于生物分子识别的其他领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 磁性纳米粒子
• 1.2.1 磁性纳米粒子的性质
• 1.2.2 磁性纳米粒子的制备
• 1.2.3 磁性纳米粒子在生物检测中的应用
• 1.3 量子点
• 1.3.1 量子点的基本性质
• 1.3.2 量子点的制备
• 1.3.3 量子点在生物检测中的应用
• 1.4 金纳米材料
• 1.4.1 金纳米材料的基本性质
• 1.4.2 金纳米材料的制备
• 1.4.3 金纳米材料在生物检测中的应用
• 1.5 本论文的研究思路
• 第二章 基于磁分离的 DNA 有机荧光放大检测
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金纳米粒子的表征
• 2.3.2 磁性纳米粒子的表征
• 2.3.3 金纳米粒子表面修饰巯基DNA 的条件优化
• 2.3.4 DNA 检测的灵敏度
• 2.3.5 DNA 检测的特异性
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于磁分离和量子点荧光能量转移的 DNA 检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 量子点的表征
• 3.3.2 磁性-荧光复合纳米微粒的表征
• 3.3.3 DNA 杂交的检测
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于金纳米棒的 DNA 检测
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 金纳米棒的合成
• 4.3.2 杂交结果的表征
• 4.3.3 DNA 检测的灵敏度
• 4.3.4 DNA 检测的特异性
• 4.4 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 附录
• 致谢