基于DNA纳米机器和荧光聚多巴胺纳米颗粒的传感方法

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生物传感技术是一门由多种学科技术互相渗透而建立起来的重要技术,其在食品、医药、环境监测等领域具有较广的应用。生物传感技术发展至今改变了许多科学技术的面貌,但随着社会需求的变化,开发新颖的具有高灵敏性、高特异性、准确度高、响应快速、操作性强等优点的传感器已迫在眉睫。纳米材料及DNA纳米技术所存在的特定优势使得生物传感技术得到了进一步的进展。因此,本文根据纳米材料及DNA纳米技术的特点设计了几种准确度高、响应快速、操作简单的生物传感器用于生物分子的检测。具体研究内容如下:(1)第二章中,RNase H是一种核糖核酸内切酶,它参与了多种生物学过程,并且该酶的活性与某些疾病有关联,因此其可以作为一种潜在的相关疾病的治疗靶点。基于此,我们构建了一种DNAzyme马达用于灵敏性地检测细胞内RNase H的活性。DNAzyme马达中含有发夹型结构的locked-DNAzyme(茎部分为DNA/RNA杂合双链)及DNAzyme对应的底物链,并且两者均通过Au-S键连接到纳米金(Au NPs)上。最初,底物链上的FAM基团的荧光被猝灭。当该DNAzyme马达进入到细胞后,细胞中的RNase H能够特异性地将DNA/RNA杂合双链中的RNA片段降解,导致发夹结构的崩解,释放出具有切割活性的DNAzyme。加入锰离子后,具有活性的DNAzyme能够有效地切割其对应的底物链,释放出FAM标记的DNA片段。由于DNAzyme与裂解产物之间的杂交热力学不稳定性,活性的DNAzyme又与其他的底物链杂交、切割、解离,直至大部分的底物链被切割。每一步切割都会释放出FAM标记的DNA部分,使得荧光恢复。我们的方法具有可操作性强、特异性高、检测限低等优点,能够有效地实现对细胞内RNase H活性的灵敏性检测。(2)第三章中,抗坏血酸(AA)作为一种重要的神经调节剂,参与了多种生理学过程。本章,基于二氧化锰(Mn O2)纳米片氧化多巴胺(DA)合成荧光聚多巴胺(F-PDA)纳米颗粒的原理,我们构建了一种简易的生物传感器用于快速、可靠地检测抗坏血酸。二氧化锰纳米片具有强氧化性,它能将DA氧化成醌,再发生自发聚合形成F-PDA纳米粒子。然而抗坏血酸作为一种还原剂,其能有效地将二氧化锰纳米片还原为不具有氧化多巴胺能力的锰离子,阻碍了F-PDA纳米粒子的形成,此时荧光信号较弱。该传感方法的检测限低至1.14μM。另外,该方法具有操作简单、响应快、成本低等优点,具有较好的发展前景。(3)第四章中,半胱氨酸(Cys)在人体内参与了许多的细胞和生理过程,它的异常表达也是许多身体疾病的诱因。因此,构建一种有效的用于检测半胱氨酸水平的检测平台具有非常重要的意义。基于此,我们合成了一种能被铜离子猝灭的荧光聚多巴胺纳米颗粒用于半胱氨酸的有效检测。铜离子能够与合成的荧光PDA纳米颗粒上的儿茶酚配位并猝灭荧光PDA纳米颗粒的荧光。然而,半胱氨酸上带有的巯基能与铜离子发生配位,形成半胱氨酸-铜离子配合物,并且两者的配位亲和力更强,阻碍了铜离子与荧光PDA纳米颗粒的结合,使得荧光恢复。该传感器能有效地检测半胱氨酸的含量并且该方法检测快速、合成简单,在传感器应用方面具有较大的潜力。
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