基于纳米材料构建的DNA荧光生物传感器的研究

作     者：詹娟 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈效兰

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：适配体 核酸外切酶Ⅲ DNA酶 金属有机框架 银纳米团簇 荧光生物传感器 

摘      要：在疾病的诊断和治疗中,灵敏、特异和快速的检测蛋白质、小分子、DNA是极为重要的。适配体是一种DNA或RNA序列,通过指数富集（SELEX）体外选择过程来选择,它们能以高亲和力和高选择性与相应的靶标特异性结合;DNAzyme已经引起了广泛的关注,成为一种用于构建高灵敏度检测方法的良好的辅助放大器;Exo Ⅲ可以从其3’羟基末端水解“消化具有平端或凹陷3’末端的双链体DNA,并显示出具有突出3’末端或单链DNA的双链体DNA的不能剪切效果。最近,由金属离子和有机配体自组装而成的金属有机框架（MOFs）因其具有灵活的孔隙率、高比表面积、可调节的孔径以及高的热化学稳定性而被引入生物传感器中;随着纳米技术的快速发展,出现了一系列新型的荧光金属纳米团簇,特别是以DNA链为模板的DNA/Ag NCs作为一种无需标记的荧光探针具有广泛的潜在应用前景。银纳米团簇具有stockes位移大、水溶性好、粒径小、生物相容性好、易于生物分子偶联等优点,它们有望取代传统的荧光探针,促进生物传感器和细胞成像技术的发展。在本文中基于以上两种纳米材料构建了三个不同的荧光生物生物传感平台用于检测凝血酶、DNA和p53基因,研究内容包括下面三个方面:（1）基于MOFs（Uio-66-NH）和FAM标记的适配体传感平台对凝血酶进行检测。FAM aptamer通过范德华力吸附在Uio-66-NH表面,并且荧光团FAM的荧光通过电荷转移到Uio-66-NH的金属离子上而被猝灭。当thrombin存在时,thrombin与适配体结合,通过形成FAM aptamer/thrombin复合物而改变FAM aptamer构型,达到荧光恢复的效果。因此,通过记录荧光信号的改变来定量的分析thrombin。在最佳实验条件下,thrombin的检测范围为5-125 n M,实际最低检出限为2 n M;在血清中也表现出相似的线性,并且具有较好的特异性。（2）基于DNA模板合成的Ag NCs荧光探针、Exo Ⅲ辅助、无标记的荧光传感器对DNA进行检测。首先,我们设计了发夹H,包括目标DNA的识别位点和富G序列;当目标物存在时,目标DNA与其结合,形成3’端为平末端的双链DNA;随后加入Exo Ⅲ对其进行水解,释放目标DNA以及富G序列;最后,DNA/Ag NCs与富G序列碱基互补形成长双链,导致体系的荧光增强,达到检测目标DNA的效果。该方法的线性范围为0.5 n M-100 n M,最低检出限能达到0.263 n M,并且能对错配的DNA进行较好的选择。（3）基于DNAzyme辅助的无酶放大技术和DNA/Ag NCs荧光探针对抑癌基因p53进行检测。当目标物p53基因存在时,释放完整的DNAzyme序列。在存在Mg时,DNAzyme被激活并且能剪切底物链D-H,释放富G序列。富G序列和DNA/Ag NCs杂交互补形成双链,富G序列靠近DNA/Ag NCs,产生一个很明显的荧光信号增强。该方法检测范围为0.5 n M-200 n M,通过改变HP1发夹与目标物互补的序列,可用于其他目标物的检测,这也提供了一个无标记的新的通用的平台去检测不同种类的目标物。