核酸压电生物传感检测研究

论文摘要

核酸是生物遗传的物质基础,与生物的生长、繁殖、发育、遗传和变异的关系极为密切,识别核酸序列可以确定生物体的种类,它对疾病预防和诊断有重要意义。随着现代科技的发展,对核酸序列的分析技术也不断发展,其中核酸的压电传感检测法是一种把高灵敏的压电质量传感与特异的生化反应结合在一起的新型核酸检测方法,该方法具有检测速度快、灵敏度高、操作简单、无需标记和可以进行实时监测等特点。本文研究了压电传感器的基本理论,开展了压电生物传感器自动分析方法研究,构建了压电实时分析系统。我们制备核酸纳米探针,将其作为一种信号放大工具应用于核酸压电检测法中,对整个过程进行深入、系统的研究,以期望寻找一种高效的检测核酸的方法。采用同类杂交技术,使靶序列的两端与分别用巯基修饰的探针和用纳米粒子修饰的探针杂交生成纳米粒子生物配合体,用自动分析仪监测纳米粒子生物配合体（nanoparticle-bioconjugate）在压电生物传感器上吸附造成的响应,构建了重现性好、灵敏度高的核酸分析平台。该技术思路有以下优势:（1）靶序列能够在5分钟内被过量探针捕获,纳米粒子生物配合体在金电极上的吸附在几分钟达到平衡,检测速度比常规方法快;（2）控制纳米粒子的粒径可以进一步放大质量并降低检测限;（3）流动进样系统排除人为操作误差,并提高重现性。文中还建立有链离解和链取代两种机理构成的芯片表面DNA链置换动力学模型,介绍了一种利用QCM手段结合纳米探针技术研究石英晶体微天平（QCM）芯片表面DNA链置换动力学的方法。首先,在芯片表面杂交形成有长度差异的DNA双链,其中长链以Au-S键连接于芯片表面,短链用纳米金标记。当加入与金片表面长链完全互补的靶链后,纳米金标记的短链被取代,实时记录QCM频率变化。结果表明置换速度与双链探针长度差异有关,并且与靶链浓度成线性关系,验证了上述置换动力学模型。此项研究为双链DNA探针芯片技术在DNA检测中的应用提供动力学依据。论文最后讨论了压电生物传感方法在核酸检测上的存在问题及应用前景,并展望了压电生物芯片与纳米技术结合应用于DNA链置换研究的前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 核酸生物传感器概述
• 1.1.1 电化学核酸传感器
• 1.1.2 光学核酸传感器
• 1.1.3 压电核酸传感器
• 1.2 核酸信号放大检测技术
• 1.2.1 枝状核酸信号放大系统（bDNA）
• 1.2.2 滚环扩增方法
• 1.3 纳米粒子用于核酸的信号放大检测
• 1.3.1 光学检测方法
• 1.3.2 电化学检测方法
• 1.3.3 微重量检测方法
• 1.3.4 小结
• 1.4 基于核酸纳米探针的QCM 芯片表面DNA 链置换动力学研究
• 1.5 论文构思
• 2 压电生物传感器自动分析仪的构建
• 2.1 引言
• 2.2 压电传感芯片原理
• 2.2.1 压电石英晶体中的压电效应
• 2.2.2 QCM 质量传感效应
• 2.2.3 液相压电传感理论
• 2.3 实时分析仪的构建
• 2.3.1 仪器结构及硬件设计
• 2.3.2 数据处理及软件设计
• 2.4 压电生物传感器自动分析仪的性能实验
• 2.4.1 气相稳定性
• 2.4.2 液相稳定性
• 3 基于纳米金粒子的压电杂交分析
• 3.1 引言
• 3.2 纳米金粒子在压电杂交分析中的信号放大效应
• 3.2.1 纳米粒子放大压电杂交信号研究现状
• 3.2.2 纳米粒子增效的核酸压电检测新技术
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 材料与仪器
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 杂交检测过程
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 两种探针对吸附行为的影响
• 3.4.2 纳米金探针尺寸对吸附行为的影响
• 3.4.3 PH 值对纳米粒子生物配合体吸附行为的影响
• 3.4.4 离子强度的影响
• 3.4.5 靶标流动分析
• 3.4.6 靶分子标准曲线
• 3.5 结论
• 4 基于核酸纳米探针的QCM 芯片表面DNA 链置换动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 核酸纳米探针的制备及其在信号放大中的应用
• 4.2.1 核酸纳米探针概述
• 4.2.2 纳米金的制备
• 4.2.3 核酸纳米探针的制备
• 4.2.4 核酸纳米探针用作信号放大器
• 4.3 DNA 芯片表面DNA 链置换动力学模型的建立
• 4.4 实验部分
• 4.4.1 材料与仪器
• 4.4.2 核酸纳米探针的制备
• 4.4.3 靶链特异性检测
• 4.4.4 链置换动力学研究
• 4.4.5 传感器再生
• 4.5 结果与讨论
• 1P₂双链组合下的靶链特异性'>4.5.1 不同P₁P₂双链组合下的靶链特异性
• 4.5.2 不同靶链浓度下的链置换动力学
• 4.6 结论
• 5 结语与展望
• 5.1 结语
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录