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中国科学技术大学学报 2017年第12期47卷 996-1001,1028页

作者：张冬华王佳军夏佰成昱万程中国科学技术大学高分子科学与工程系安徽合肥230026

利用二维朗之万动力学模拟方法研究了dna发夹在拉力作用下的相转变行为.研究发现dna发夹处于展开状态的概率与所施加的拉力大小存在定量关系,并且可以通过统计力学的角度进行解释.通过选取不同的参数组合,并进行大量的模拟实验,分别得到... 详细信息

利用二维朗之万动力学模拟方法研究了dna发夹在拉力作用下的相转变行为.研究发现dna发夹处于展开状态的概率与所施加的拉力大小存在定量关系,并且可以通过统计力学的角度进行解释.通过选取不同的参数组合,并进行大量的模拟实验,分别得到了dna发夹的拉力-碱基配对强度和拉力-温度相图.所得相图表明碱基配对强度增强或温度降低都有利于dna发夹处于折叠状态.这些相图非常有益于加深人们对dna发夹在拉力作用下的热力学性质的理解.

关键词： dna发夹拉力相图朗之万动力学模拟

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磁镊结合dna发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用

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物理学报 2016年第21期65卷 326-333页

作者：张宇微颜燕农大官徐春华李明中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室软物质物理重点实验室北京100090 Department of Physics Emory University Atlanta GA 30322 USA

同源序列识别与链交换过程是同源重组领域的重要研究方向.RecA蛋白作为重组酶家族的重要成员而一直被广泛研究.利用smFRET以及传统磁镊、光镊等技术,人们对同源重组过程的分子机制有了较深入的了解,然而,这些技术无法同时兼顾大量程与... 详细信息

同源序列识别与链交换过程是同源重组领域的重要研究方向.RecA蛋白作为重组酶家族的重要成员而一直被广泛研究.利用smFRET以及传统磁镊、光镊等技术,人们对同源重组过程的分子机制有了较深入的了解,然而,这些技术无法同时兼顾大量程与高精度的需求.本文提出一种传统磁镊结合dna发夹结构的研究方案,并以大肠杆菌中的RecA介导的同源重组过程为例来阐述该方法的优点.使用本实验方案,我们实时观察到以下过程:1)RecA介导的链交换平均速度与已有结果一致,但并非匀速,而是以台阶式的跳变进行;2)直接观察到RecA第二结合位点与被置换链的动态相互作用过程,测量到第二结合位点与被置换链之间的结合力为3.0 pN,与光镊结合磁镊测量出的结果相符;3)能够区分链交换的方向性并观察到按照不同方向进行链交换的反应细节.本文提供了一个可以兼顾精度和测量范围的实验方法,并以RecA蛋白为例设计实验验证了其可靠性.磁镊结合dna发夹结构的方法具备用于研究RecA或其他同源重组蛋白工作机理的潜质.因此,本文的工作有望成为单分子生物学领域研究同源重组过程的一个重要方法.

关键词：同源重组 RecA 磁镊 dna发夹

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dna发夹在拉力作用下的热力学和动力学性质

DNA发夹在拉力作用下的热力学和动力学性质

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作者：张冬华中国科学技术大学

学位级别：硕士

本论文利用二维朗之万动力学模拟方法和理论分析研究了 dna发夹在拉力作用下的相转变行为。研究发现dna发夹处于展开状态的概率与所施加的拉力大小有关,在拉力比较小时(f=1.5),dna发夹几乎全部都处在折叠状态,展开状态只会偶尔出现。随... 详细信息

本论文利用二维朗之万动力学模拟方法和理论分析研究了 dna发夹在拉力作用下的相转变行为。研究发现dna发夹处于展开状态的概率与所施加的拉力大小有关,在拉力比较小时(f=1.5),dna发夹几乎全部都处在折叠状态,展开状态只会偶尔出现。随着拉力的增加,由拉力导致的展开状态出现的频率会增加,直到拉力增加到f=2.0时,dna发夹几乎全部处在展开状态。展开状态的概率与施加的拉力有定量关系,并且可以通过统计力学的角度进行解释。通过选取不同的参数组合,并进行大量的模拟实验,我们分别得到了 dna发夹的拉力-碱基配对强度和拉力-温度相图。所得相图表明碱基配对强度增强或温度降低都有利于dna发夹处于折叠状态。dna发夹在拉力作用下不会一直处在完全折叠或者是完全展开状态。dna发夹可能只打开了一个或者几个碱基对。半打开状态是亚稳状态,在半打开状态时的自由能是局部最小值。模拟所得到的这些相图非常有益于加深人们对dna发夹在拉力作用下的热力学性质的理解。另外通过朗之万动力学还得到了 dna发夹打开所需要的力与拉力速率的关系,以及dna发夹打开时间和拉力之间的关系,此外还研究了 dna发夹打开概率与最大拉力和时间的关系。这些可以很好地帮助我们理解dna发夹在拉力作用下的动力学性质。

关键词： dna发夹拉力相图朗之万动力学模拟

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基于纳米金的可视化传感器的构建及其应用的研究

基于纳米金的可视化传感器的构建及其应用的研究

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作者：李鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

传统传感技术在灵敏度、响应时间,设备维护等方面都存在一些不足,因此开发一种更加简便快捷灵敏度高的传感器一直是研究热点之一。纳米金具有表面效应强、生物相容性好、热传导效应优良等独特的性质,并且和其他纳米材料比较起来易于制备... 详细信息

传统传感技术在灵敏度、响应时间,设备维护等方面都存在一些不足,因此开发一种更加简便快捷灵敏度高的传感器一直是研究热点之一。纳米金具有表面效应强、生物相容性好、热传导效应优良等独特的性质,并且和其他纳米材料比较起来易于制备,故基于纳米金构建的传感器可广泛应用于生物、环境、医学等领域。本课题的主要研究内容包括以下两个部分:(1)基于酪氨酸修饰纳米金构建传感体系检测Cr3+/Pb2+。首先通过酪氨酸修饰制备了粒径为13 nm的纳米金颗粒,利用酪氨酸与Cr3+/Pb2+离子的特异性结合,从而使纳米金团聚,体系颜色由红色变为蓝紫色,实现对Cr3+/Pb2+离子的可视化检测。实验对氯化钠浓度进行了优化,有效的降低了体系检测限和响应时间。并通过优化体系的p H,发现并实现了检测体系的可循环性。在最优的实验条件下对不同浓度的Cr3+/Pb2+进行检测,其最低检测限分别为30 nmol/L和50 nmol/L,卡方值均在0.99以上。实验还通过加入13种不同的金属离子来证明体系具有良好的选择性和抗干扰性。而且该体系具有良好的稳定性。该方法成功应用于模拟样品的检测,因此该方法操作简单、成本低、耗时短、灵敏度高、选择性好,可以将其应用于Cr3+/Pb2+的现场检测。(2)基于AuNPs的高灵敏dna生物传感器构建。首先对探针dna的制备方法进行了优化。实验中对PDDA浓度、探针dna浓度、Mg2+浓度、p H以及探针dna和目标dna的杂交条件进行探讨,发现最佳杂交条件为:37 oC水浴1 h。在最优的实验条件下,改变目标dna的浓度,建立标准曲线,其最低检测限可以达到0.01 nmol/L,卡方值达到0.99以上。随后通过设计两个错配dna序列证明了体系具有良好的选择性。同时为了进一步证明该方法的普适性,实验还设计另一dna片段用于卡那霉素的检测,其最低检测限可达到0.1nmol/L,同样具有良好的选择性。最后分别通过DLS和TEM以及Zeta电位测试对体系进行表征,进一步证明该检测体系的可行性及其机理。本课题克服了以往研究中存在的一些问题,诸如检测限较高、检测时间较长、不能实时检测等缺点,可以为后续相关研究提供较好的技术支持。

关键词：可视化传感器纳米金重金属检测 dna发夹探针dna

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基于电化学及等温核酸扩增技术对鼠伤寒沙门氏菌检测方法的研究

基于电化学及等温核酸扩增技术对鼠伤寒沙门氏菌检测方法的研究

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作者：刘秀长春理工大学

学位级别：硕士

由病原菌引起的食源性疾病仍然是全球范围内公众健康和国家经济安全的重要威胁。因此,开发便捷、特异的检测方法对病原菌的检测至关重要。鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium,***)是一种可以引起急性胃肠炎的食源性病原菌之一。它... 详细信息

由病原菌引起的食源性疾病仍然是全球范围内公众健康和国家经济安全的重要威胁。因此,开发便捷、特异的检测方法对病原菌的检测至关重要。鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium,***)是一种可以引起急性胃肠炎的食源性病原菌之一。它的传统细菌培养检测方法耗时长(约2～3 d)且操作复杂。因此,本研究基于电化学方法、等温核酸扩增技术以及CRISPR/Cas系统,建立了检测***的两种电化学生物传感器:1)基于CRISPR/Cas13a建立***-16S rRNA电化学生物传感器。修饰亚甲基蓝(MB)的dna发夹结构探针P1固定在Au电极表面,发夹结构探针P1环部含有UU碱基。靶标菌***的16S rRNA特异性位点可以与Cas13a/crRNA复合物特异性结合,导致Cas13a酶活性被激活,高效切割发夹结构探针P1环部的UU碱基部位,从而使电化学活性分子MB被释放,电化学信号显著减弱,这就导致电化学工作站输出的电化学信号降低,从而达到了对靶标菌***的16S rRNA的定性及定量检测。通过对该电化学生物传感器检测条件的优化,实现了对***-16S rRNA特异性序列快速、灵敏且特异性的检测。该实验检测的线性范围为1 p M～10 n M,检测时间为60min,最低检出限为39 p M。2)基于杂交链式反应和CRISPR/Cas12a建立***电化学生物传感器。3’端修饰的电化学标签亚甲基蓝MB的发夹结构dna(简称MB探针)的5’端通过与Au电极表面形成Au-S键而固定。磁珠(DBs)表面固定的接头探针(Linker)被***适配体锁定,适配体与靶标菌结合后从接头探针上脱落,暴露的单链接头探针给合HCR自组装形成dna双链聚合物,dna双链聚合物携带的多个单链支dna与Cas12a/crRNA结合,从而激活CRISPR/Cas12a的反式切割活性,切割电极表面MB探针并从Au电极表面释放,从而显著减少电子转导信号。致使电化学工作站的输出信号降低,从而达到对靶标菌***的检测。通过优化该生物传感器的检测条件,其检测时间确定为60 min,检测线性范围为10～10CFU/m L,最低检出限为20 CFU/m L。这些数据表明本研究建立了对***的两种快速、操作简便、可视化、灵敏且特异的新型检测方法。

关键词： CRISPR/Cas12a CRISPR/Cas13a 杂交链式反应 dna发夹电化学信号检测 16S rRNA S.typhimurium

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