基于碳纳米材料的非标记荧光核酸探针设计

论文摘要

荧光探针主要包括分子识别单元和信号报告单元两个部分。当识别单元与目标分子发生特异性分子识别时,信号报告单元将识别过程转化为可测量的荧光信号,从而实现对目标分子的定性/定量检测。核酸探针是指能与特定目标物质相互作用,并含示踪物的功能核酸片段（DNA或RNA）。通过设计和筛选,核酸分子可以成为不同目标分子（无机离子、有机小分子、生物小分子、核酸及蛋白质等）的识别单元。对于常规的荧光探针,信号报告单元需要共价标记到分子识别单元上,操作复杂、价格昂贵且会影响分子识别单元的识别功能。由于碳纳米材料特殊的力学、电学、光学和超导性能及量子尺寸效应,它与核酸分子的结合可以提高分子的识别效果并产生信号放大作用,所以它经常被应用于化学生物传感器设计。本论文以非标记,高灵敏度,高选择性,可应用于复杂生物体系的化学生物荧光传感器设计为目标,将核酸分子和碳纳米材料（包括碳纳米管、碳纳米颗粒）有机结合,设计了核酸生物传感平台,实现了对蛋白质、核酸、生物酶活性的高灵敏度高选择性荧光检测。主要研究内容包括如下:1.基于单壁碳纳米管（SWNTs）/核酸适体自组装时间分辨蛋白质分析。利用SWNTs作为猝灭剂,稀土配合物可以吸附在SWNTs表面造成荧光猝灭。由于核酸适体可以分散SWNTs,但当它与相应蛋白质分子作用之后,分散能力减弱,一定转速离心之后,碳纳米管沉淀在试管底部,取上层清液加入稀土配合物荧光恢复。相比于传统的荧光检测方法,这个方法不需要标记、灵敏度提高而且可以实现时间分辨在复杂体系中的检测。2.基于碳纳米颗粒（CNPs）/连接酶反应免标记荧光检测单碱基突变。此方法结合了CNPs的荧光猝灭作用,核酸连接反应和荧光核酸染料对单双链DNA的区分能力,实现了非标记、高分辨的单碱基突变荧光检测。3.基于CNPs/DNA自组装非标记实时荧光甲基化检测。利用荧光嵌入染料SYBR-Green I（SG）可以嵌入双链DNA中并且荧光显著增强和碳纳米颗粒可以降低SG的背景荧光实现对甲基化酶及其活性的非标记实时荧光检测。此方法可以有望实现方便快捷高通量抗癌药物的筛选。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 本文所用英文缩略词表
• 第1章 绪论
• 1.1 荧光核酸探针
• 1.2 非标记核酸探针设计方法
• 1.2.1 非标记紫外可见吸收探针设计
• 1.2.2 基于核酸嵌入染料的非标记荧光探针设计
• 1.2.3 其他非标记光学探针设计
• 1.3 碳纳米材料在核酸传感中的应用
• 1.3.1 碳纳米管在核酸传感中的应用
• 1.3.2 石墨烯在核酸传感中的应用
• 1.3.3 碳纳米颗粒在核酸传感中的应用
• 1.4 本论文选题依据及研究思路
• 第2章 基于碳纳米管/核酸适体自组装时间分辨检测蛋白质
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂和仪器
• 2.2.2 核酸适体/SWNTs 复合物制备
• 2.2.3 X 射线光电子能谱实验
• 2.2.4 缓冲溶液中LYS 检测
• 2.2.5 细胞介质中LYS 检测
• 2.2.6 实际样品检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 设计机理
• 2.3.2 Eu3+络合物的形成和荧光猝灭
• 2.3.3 缓冲溶液中LYS 检测
• 2.3.4 细胞介质中LYS 检测
• 2.3.5 尿样中LYS 检测
• 2.4 小结
• 第3章 基于碳纳米颗粒/连接酶反应免标记荧光检测单碱基突变
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 SNPs 检测
• 3.2.3 熔链温度分析
• 3.2.4 电泳分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 机理设计
• 3.3.2 碳纳米颗粒荧光猝灭和DNA 杂交分析
• 3.3.3 单碱基突变检测
• 3.3.4 单碱基突变检测的灵敏度和区分能力
• 3.4 小结
• 第4章 基于碳纳米颗粒/DNA 自组装非标记实时荧光甲基化检测
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂和仪器
• 4.2.2 甲基化酶活性分析
• 4.2.3 一些药物对甲基化酶活性影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 碳纳米颗粒表征
• 4.3.2 设计机理
• 4.3.3 碳纳米颗粒降低背景信号
• 4.3.4 甲基化酶活性分析
• 4.3.5 甲基化酶抑制分析
• 4.4 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间所完成的学术论文目录
• 致谢