双光子DNA纳米复合探针的构建及生物分析应用研究

摘要

双光子显微成像技术是利用近红外的光子作为激发光源，长波长激发短波长发射。其吸收过程能够有效的降低生物体组织内的自发荧光和自吸收，有效地避免生物样品的光漂白及紫外可见光损伤现象，这些特点不仅能够提高组织和活体的穿透深度(＞500μm)，同时也可延长观测的时间。由于它的独特优势，双光子显微成像已经广泛应用于细胞以及组织的微观成像。
　　纳米材料由于其具有独特的小尺寸效应因而具有一些特殊的光、热、电、力学等性能。由于其较小的纳米尺寸以及较好的生物相容性，一些纳米材料可作为进入细胞的优良载体，在生物传感等方面得到广泛应用。基于纳米材料的独特性质，结合双光子显微成像的特殊优势，本论文的研究工作主要包括以下两个方面:
　　(1)基于双光子染料标记核酸适配体(Aptamer-TPdye)/氧化石墨烯(GO)自组装及荧光共振能量转移的特性，设计了一种新型的双光子纳米复合探针，并用于检测体外及活体内三磷酸腺苷(ATP)。Aptamer-TPdye由于π-π共轭作用可与GO自组装，吸附在GO表面即形成GO/Aptamer-TPdye纳米复合物，由于双光子荧光团靠近GO表面而导致其荧光被淬灭。Aptamer-TPdye与ATP的结合力强于其与GO的结合力，将Aptamer-TPdye从GO表面竞争下来，伴随Aptamer-TPdye构型的变化，荧光团远离GO，荧光恢复。利用双光子显微成像的优势，从而实现复杂生物样品中ATP的灵敏检测，并成功应用于细胞及活体成像的研究。
　　(2)基于以双光子染料标记的核酸(DNA-TP)为模板合成金银纳米合金的技术及高效的荧光能量共振转移原理，发展了一种新型DNA为模板的双光子纳米复合探针，并用于氰根离子(CN-)的检测。首先，以DNA-TP为模板，合成金银纳米合金。由于高效的荧光能量共振转移，DNA上的双光子荧光被有效淬灭。由于CN-对金银纳米合金的侵蚀作用，导致金银纳米合金颗粒逐渐变小，最后从DNA-TP模板上脱落下来，致使荧光恢复。该体系实现了对CN-的灵敏检测。

目录

声明

摘要

本文所用英文缩略词表

第1章 绪论

1．1 荧光核酸探针

1．2 双光子荧光成像技术

1．2．1 双光子吸收理论

1．2．2 双光子荧光显微技术

1．3 纳米复合探针在生物传感中的应用

1．3．1 纳米材料的概述

1．3．2 石墨烯在生物传感中的应用

1．3．3 DNA模板纳米金属复合物在生物传感中的应用

1．4 本课题的选题依据及研究内容

第2章 基于双光子石墨烯／核酸适配体纳米复合探针的活体分子探测研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 GO／Aptamer-TPdye复合物的制备

2．2．3 体外ATP检测

2．2．4 细胞内ATP检测

2．2．5 斑马鱼体内ATP成像

2．3 结果与讨论

2．3．1 双光子荧光染料的合成及性质

2．3．2 纳米探针的构建及表征

2．3．3 纳米复合探针的机理验证

2．3．4 单／双光子荧光技术在细胞培基中对ATP检测

2．3．5 细胞内ATP检测

2．3．6 斑马鱼体内ATP成像

2．4 小结

第3章 基于双光子DNA／金银纳米合金复合探针的CN-检测研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂

3．2．2 DNA为模板合成金银纳米合金

3．2．3 缓冲液中CN-检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 纳米复合探针的构建与表征

3．3．2 探针设计机理研究

3．3．3 实验条件优化

3．3．4 灵敏度考察

3．3．5 选择性考察

3．4 小结

结论与展望

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文

致谢