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荧光生物传感器具有结构简单、选择性好、灵敏度高、响应时间快等优点,被广泛用于基因诊断等生物分析检测中。而由荧光生物传感器构成的荧光传感器阵列不仅具备上述所有优点,而且有效地增强了多目标识别的可行性。与主成分分析(PCA)相结合后,荧光传感器阵列可以成为鉴别复杂分析物的有力工具。然而,在实际生物分析检测中,荧光传感器阵列也存在一些不足之处,如荧光探针具有较高的背景噪声、合成复杂和稳定性不高等。本论文利用协同支点介导DNA链置换反应的成本低、稳定性高等特性,将其作为一种新型的信号转换开关,应用于荧光生物传感器的设计,希望帮助解决荧光生物传感器在生化分析领域的一些问题。该协同支点通过两条相邻寡核苷酸链之间的碱基堆积作用来提供附加稳定性,从而实现了DNA链置换反应。通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验以及荧光光谱检测验证了该策略的可行性。此外,由于分子信标具有灵敏度高和特异性好等优点,本论文将利用分子信标的这些优点构建荧光生物传感器阵列,并用于碱基错配中的研究。具体工作内容如下:(1)本章研究工作利用“协同支点介导DNA链置换反应机理”,构建了一种基于別构DNA分子信标的荧光传感器阵列1,用于识别单碱基错配和完全匹配的9组目标DNA。其原理是基于分子信标环部与目标物之间发生的DNA杂交反应。通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳、实时荧光监测以及荧光光谱检测实验,结合主成分分析(PCA)技术,验证了我们所设计的荧光传感器阵列具有通用性,且能够高灵敏地识别各组单碱基错配的目标DNA。该方法的响应范围为10-100nM,有望用于临床诊断中与DNA相关的疾病的诊断。(2)基于“协同支点介导DNA链置换反应机理”,我们设计并构建了基于別构DNA分子信标的荧光传感器阵列2。其原理是基于分子信标能够和与其环部互补的短链DNA之间发生DNA杂交反应,形成DNA双链杂交体,而目标物的存在容易产生支点交换,发生链置换反应,将分子信标链从DNA双链中置换出来。荧光传感器阵列2可实现对不同位点错配的相似度较高的4组目标miRNA的检测。该方法的响应范围为10-200 nM,能够应用于复杂环境中对各组目标miRNA进行鉴别。(3)基于別构DNA分子信标荧光传感器阵列3的构建,其与目标的错配类型为簇错配且错配位点均位于支点上,因此在设计不同的荧光生物传感器时可以采用同一分子信标链。该阵列不仅可用于直观的检测和区分6组高度相似的支点错配的耐药基因(YMDD、YIDD、YVDD、YSDD、YLDD、YADD),而且在定量检测以及鉴别两种不同量的目标物方面也具有很好的应用价值。进一步的研究表明,该阵列法适用于复杂体系中,在干扰物质鱼精DNA的存在下也具有较高的灵敏度和良好的抗干扰能力。有望于为复杂体系中检测和鉴别高度相似的目标物提供一种简便、快速的方法,在临床诊断等方面具有较大的应用价值。