基于DNA发卡结构自组装的光学传感设计及其应用

作     者：富波 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王磊

授予年度：2012年

学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：DNA发卡结构 自组装 无酶扩增 腺苷 

摘      要：脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)是一类重要的生物大分子,是遗传信息的携带者和传递者。携带特定遗传信息的功能DNA片段被称为基因,它与生物体的生长、繁殖、疾病、衰老以及死亡都有密切的关系。随着人类基因组测序工作的完成,药物的研究和开发也进入了基因信息时代,基因药物成为国际药学界的重要研究方向。因此,基因的检测方法,尤其是扩增检测方法,也引起了更多研究者,包括药物分析工作者的关注。 腺苷(adenosine, AD)既是一种内源性核苷,又是治疗阵发性室上性心动过速(paroxysmal supraventricular tachycardia, PSVT)的药物。腺苷在中枢神经系统、周围神经系统和免疫系统中起着重要的作用。此外,腺苷也是肿瘤的潜在生物标志物。因此,腺苷的简单、快速、灵敏检测具有重要的意义。 DNA不仅是重要的生物大分子,也是一种新型的生物纳米材料。DNA分子具有独特的序列识别性能和精确的纳米尺寸。通过对序列进行设计,DNA分子的自组装不仅可以在纳米尺寸上形成复杂的静态结构、实现动态的过程,还可以实现信号的放大,为建立新型的恒温、无酶的扩增方法提供了思路。 本课题设计了基于DNA发卡结构自组装的新型光学传感体系,建立了新的恒温、无酶的信号扩增方法,不仅可以对DNA进行无酶扩增的检测,还首次实现了对药物小分子——腺苷的免标记、无酶扩增检测。 本文第一章首先概述了DNA的组成、结构和检测方法,尤其是DNA的扩增方法。其次,重点综述了DNA作为新型生物纳米材料的研究进展以及DNA自组装在信号扩增中的应用。随后,对适体的筛选过程、特点以及其在生物分析方面的应用进行了总结。最后,介绍了腺苷适体传感器的研究进展。 本文第二章设计了新的DNA发卡结构级联自组装体系,建立了OMP-P6(Outer Membrane Protein-P6)基因的无酶、简单扩增检测方法。该方法首先根据目标DNA的长度和序列设计两个DNA发卡结构,并在其中一个发卡结构的茎部末端对称的位置上标记上荧光基团和淬灭剂。目标DNA能够触发发卡结构级联自组装,使荧光基团和淬灭剂的距离增加,荧光淬灭效率降低,荧光增强。在最佳的反应条件下,对目标DNA进行了检测,线性范围为5.0×10-9mol L-1～5.0×10-8mol L-1,检测限为2.5×10-10mol L-1。该方法过程简单,特异性好。 本文第三章设计了新的DNA发卡结构催化自组装体系,建立了一种新型的免标记、无酶扩增的方法,并结合适体的识别作用,首次实现了对腺苷的免标记、无酶扩增的检测。为了产生免标记的荧光信号,该设计将能够形成G-四分体结构的DNA序列的一部分隐藏在DNA发卡结构中。当发卡结构被催化自组装后,G-四分体序列才能完全暴露,形成的G-四分体结构能结合荧光小分子,发出强烈的荧光。在最优化的实验条件下,对腺苷进行了检测,线性范围为3.0×10-5molL-1～6.8×10-4mol L-1,检测限为6.0×10-6mol L-1。该方法简单、快速,特异性好。