DNA-量子点生物功能材料的研制及在癌细胞成像中的应用

论文摘要

DNA作为生命遗传信息的载体,已经可以通过自组装构建出纳米尺度上的多用途的功能性材料。结构DNA纳米技术正是一种使用DNA为蓝本和骨架材料精确构建出纳米材料的技术。通过此技术合成的功能性的DNA纳米结构和生物纳米纳米材料不仅具有良好的纳米效应而且具有很好的生物相容性,已经被广泛应用于现代生物、医学和生命科学等不同领域。本论文正是以DNA纳米结构和纳米材料的设计、制备、组装为研究内容,并研究了其在细胞成像检测方面的应用。主要内容具体如下:1主要开展了一种新型DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜结构的制备与研究。这种DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜是通过DNA-碲化镉量子点探针和修饰了B淋巴瘤细胞适体的DNA纳米线结构的层层自组装合成的。其中碲化镉量子点采用成熟的水相合成法合成出来修饰在DNA上制成DNA-碲化镉量子点探针。同时利用几条简单的具有回文结构的DNA及细胞适体DNA自组装成纳米线结构使得DNA形成了具有重复单元的线性三维立体网状结构,在生理学温度下两者混合后形成的大量DNA-碲化镉量子点细胞外超分子鞘膜,通过荧光显微镜的观察可以证明其发出的强烈荧光并且此种功能材料可以长时间保存不变质。2主要研究了新型笼型细胞探针用于快速的定性分析和精确地定量分析B淋巴瘤细胞。基于适体对相应的靶细胞的高度亲和性和选择性,DNA-量子点鞘膜在细胞成像方面与通常的细胞标记法相比显示出更高的荧光强度。为了更准确地对B淋巴瘤细胞进行定量分析使用了三明治的夹心结构检测法,即用固定有细胞适体的聚苯乙烯孔板来捕获B淋巴瘤细胞然后,再将网状DNA-量子点的超分子鞘膜组装到B淋巴瘤细胞表面。利用灵敏的微分脉冲阳极溶出伏安法来测出DNA-碲化镉量子点探针溶于酸性溶液时其中镉离子的浓度,间接测得B淋巴瘤细胞的个数,检测限为10个细胞。3针对细胞表面的特点构建一种弹性DNA功能网络材料,具体的说就是使用DNA功能材料网络将癌细胞包裹起来。由于碲化镉量子点的引入使得合成的弹性DNA功能材料网络能发出可见的荧光。在癌细胞表面包裹上这种DNA功能材料网络,可以在荧光显微镜下观测到,通过观测初步验证了策略的可行性,并且通过这种弹性网络材料的包裹,实现了利用荧光成像来简单地验证癌细胞生命活动的过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 DNA 生物传感器简介
• 1.1.1 DNA 生物传感器的原理
• 1.1.2 DNA 生物传感器的分类
• 1.1.3 DNA 生物传感器的研究现状及在细胞检测上的应用
• 1.2 结构 DNA 纳米技术及其在生物传感器中的应用
• 1.2.1 DNA 支架的构造
• 1.2.2 DNA 基元和周期性DNA 阵列的构建
• 1.2.3 三维DNA 结构的构建
• 1.2.4 DNA 自组装体及其应用
• 1.2.5 结构 DNA 技术的展望
• 1.3 纳米材料及其在化学分析中的应用
• 1.3.1 纳米材料及其基本性质
• 1.3.2 纳米材料的独特性质
• 1.3.3 量子点及其特殊的光谱学性质
• 1.3.4 量子点的合成
• 1.3.5 量子点在生命科学领域的应用
• 1.3.5.1 量子点在生物分子标记中的应用
• 1.3.5.2 量子点在DNA 测序中的应用
• 1.3.5.3 量子点在癌细胞检测中的应用
• 1.4 适体及其在生物化学分析中的应用
• 1.4.1 适体简介
• 1.4.2 适体的特点及应用
• 1.5 本课题的立题依据及主要内容
• 参考文献
• 第二章 网状DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜的设计合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 CdTe 量子点的制备
• 2.2.4 DNA-量子点探针的制备
• 2.2.5 多单元DNA 纳米结构的制备
• 2.2.6 网状DNA-量子点的超分子鞘膜的制备
• 2.2.7 原子力显微镜成像
• 2.2.8 显微镜样品的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 多单元DNA 纳米结构的设计与表征
• 2.3.1.1 多单元DNA 纳米结构的设计
• 2.3.1.2 多单元DNA 纳米结构的表征
• 2.3.2 CdTe 量子点的制备
• 2.3.2.1 CdTe 量子点的荧光光谱分析
• 2.3.2.2 CdTe 量子点的投射电镜分析
• 2.3.3 CdTe 量子点合成条件的优化
• 2.3.3.1 回流过程中的白色沉淀对CdTe 量子点的荧光强度的影响
• 2.3.3.2 体系中水的体积的选择
• 2.3.3.3 反应pH 值的选择
• 2.3.4 网状DNA-量子点的超分子鞘膜的设计与表征
• 2.3.4.1 网状DNA-量子点的超分子鞘膜的设计
• 2.3.4.2 网状DNA-量子点的超分子鞘膜的表征
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 网状 DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜对癌细胞进行高分辨荧光成像和电化学检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 细胞培养
• 3.2.4 DNA-CdTe 量子点探针的制备
• 3.2.5 DNA 纳米线的制备
• 3.2.6 B 淋巴瘤细胞的固定和网状DNA-碲化镉量子点超分子鞘膜在B 淋巴瘤细表面的组装
• 3.2.7 细胞凋亡、胀亡的实验
• 3.2.8 B 淋巴瘤细胞数量的电化学检测
• 3.2.9 显微镜样品的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 网状DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜包裹细胞的设计
• 3.3.2 四种DNA 包裹细胞方法的比较
• 3.3.3 网状DNA-量子点的细胞外超分子鞘膜在细胞表面层层自组装的表征
• 3.3.4 三种不同探针包裹细胞的比较
• 3.3.5 DNA 网状鞘膜对细胞凋亡和细胞坏死的影响
• 3.3.6 DNA 网状鞘膜对细胞胀亡的影响
• 3.3.7 网状DNA-碲化镉量子点的细胞外超分子鞘膜的特异性
• 3.3.8 使用探针——网状DNA-碲化镉量子点的细胞外超分子鞘膜对Ramos 细胞的电化学检测
• 3.3.8.1 电化学检测原理
• 3.3.8.2 孵育时间的选择
• 3.3.8.3 电化学检测的灵敏度
• 3.3.8.4 电化学检测的选择性
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 DNA—CdTe 变色现象及在癌细胞染色成像中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 细胞培养
• 4.2.4 DNA-CdTe 量子点复合物的制备
• 4.2.5 弹性DNA 网络的制备
• 4.2.6 弹性DNA 网络材料在B 淋巴瘤细胞表面的包裹及荧光显微成像观测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 DNA-CdTe QDs 复合纳米材料的表征
• 4.3.2 弹性DNA 网络材料的设计与表征
• 4.3.3 弹性DNA 网络在B 淋巴瘤细胞表面的包裹及荧光变化现象的分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或待发的学术论文目录