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基于熵驱动放大反应结合DNA模板的银纳米簇构建荧光生物传感器

基于熵驱动放大反应结合DNA模板的银纳米簇构建荧光生物传感器

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作者：崔方丽北京化工大学

学位级别：硕士

microRNAs(miRNAs)作为一种重要的生物标志物,实现其高灵敏和选择性检测对于肿瘤等相关疾病诊断、预测和治疗具有重要意义。然而,由于具有体积小、容易降解、并且多个miRNAs家族成员间序列相似等特点,对其特异性检测以及高灵敏度检测都... 详细信息

microRNAs(miRNAs)作为一种重要的生物标志物,实现其高灵敏和选择性检测对于肿瘤等相关疾病诊断、预测和治疗具有重要意义。然而,由于具有体积小、容易降解、并且多个miRNAs家族成员间序列相似等特点,对其特异性检测以及高灵敏度检测都提出更高的要求。近年来,纳米材料因本身具有表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等迷人的特性,吸引了越来越多研究者的关注。以DNA为模板的银纳米簇(DNA-AgNCs)作为一种新兴的荧光纳米材料,克服了传统有机荧光染料光漂白、溶解性差、稳定性差、细胞毒副作用大等一系列问题,以良好的光稳定性和生物相容性、亚纳米尺寸或DNA序列依赖的荧光可调等优势在生物传感和成像等领域具有非常广阔的应用前景。为进一步提高检测的灵敏度,本论文将靶标触发的熵驱动循环放大体系与DNA-AgNCs相结合,构建了一种无酶、无标记的荧光生物传感器,用于肿瘤相关的miRNAs的检测。本研究主要包括以下两个部分:(1)在第一部分工作中,我们将DNA信号探针设计为包含三条DNA链的Y型结构,其中一条Y1链用于与靶标触发的熵驱动放大体系中释放出来的Trigger链杂交,另外的Y2、Y3链作为合成AgNCs的DNA模板链。在没有靶标miRNA的情况下,由于形成Y型结构,这两条DNA模板链非常接近,导致AgNCs发出红色荧光;当靶标miRNA存在时,触发熵驱动中复合物的链置换释放出Trigger链,与Y型结构中的Y1链杂交,打开Y型结构,Y2、Y3链分离,实现从红色荧光到黄色荧光的可控转变。其中,黄色荧光AgNC的最佳激发波长为500 nm,最佳发射波长为570 nm;红色荧光AgNCs的最佳激发波长为565 nm,最佳发射波长为630 nm。通过黄色荧光与红色荧光强度比值的变化,实现对miRNA的高灵敏度检测。本部分工作中的靶标循环放大和信号产生是两个独立的体系,具有通用、低背景、信号变化大的特点,相较于传统的AgNCs传感器有明显优势。结果表明,两种荧光强度的比值与miRNA-21浓度的对数在0-100 n M范围内具有良好的线性关系,检测限为10.24 p M;具有良好的选择性,也实现了人血清样品中miRNA-21的检测。(2)在第二部分工作中,我们将靶标循环放大与信号产生设计在同一个体系中,基于富含鸟嘌呤(G-rich)的AgNCs荧光增强和两个不发光的AgNCs结合形成较强荧光的纳米团簇二聚体(dimer)的两种AgNCs荧光增强现象,将其整合到熵驱动放大体系中的燃料链序列里,同时将两种熵驱动序列设计整合到一个复合结构内构建了双熵驱动复合底物,最终利用每种靶标催化其各自熵驱动的过程实现其对应AgNCs荧光信号的显著增强,从而实现对两种靶标miRNAs的单独和同时检测分析。其中,G-rich增强的AgNCs探针用于检测miRNA-141,最佳激发波长为515 nm,最佳发射波长在585 nm。在没有靶标的情况下,AgNCs与G-rich处于分离状态,无荧光呈现;而当靶标存在时,触发熵驱动链置换反应,AgNCs与G-rich接近,橙色荧光大大增强。纳米团簇二聚体的形成作为检测miRNA-21的信号探针,最佳激发波长为565 nm,最佳发射波长为630 nm。在没有靶标的情况下,两个AgNCs处于分离状态,均无荧光呈现;而当靶标存在时,触发熵驱动链置换反应,两个AgNCs接近,产生发红色荧光的纳米团簇二聚体。该部分工作将多色的荧光AgNCs与多种靶标结合在一起,在一次检测中可筛选出多种分析物,具有简单、快速、样品和试剂消耗低的明显优点。结果表明,随着miRNA-141浓度的增加,G-rich增强的585 nm处橙色荧光逐渐增强,在较低浓度0-0.5 n M下存在线性关系,检测限为10.51 p M。随着miRNA-21浓度的增加,630 nm处的二聚体红色荧光也逐渐增强,在较低浓度0-0.5 n M下也存在线性关系,检测限为10.46 p M。该生物传感器具有良好的选择性,并且也实现了在人血清样品中的检测分析。

关键词：熵驱动放大银纳米簇比率型荧光富含鸟嘌呤生物传感

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