基于DNA/碳纳米材料自组装的新型荧光传感体系设计

摘要

碳纳米材料被誉为21世纪最重要的纳米材料之一，由于其优异的电磁学、光学、力学和热学等方面的性能，在化学、材料科学、物理、生物等诸多领域表现出诱人的应用前景，引起了科学界巨大的反响，逐渐成为科研工作者争相关注的焦点。
　　 分析化学发展的一个重要方向是设计能够对特定目标分析物产生可测量信号的传感器。荧光传感器由于检测的灵敏度高、选择性好和使用方便等优点，近年来在分析化学领域取得了较大发展。如何将碳纳米材料与核酸探针结合，发展基于碳纳米材料的DNA荧光传感器已成为研究的热点。然而早先的报道表明，由于碳纳米材料与DNA的作用过强，导致加入目标物后荧光恢复和动力学响应都不尽如人意。因此，如何提高基于碳纳米材料的DNA荧光传感性能是构建荧光传感器时值得探索和完善的问题。本论文拟结合我们在荧光传感方面的研究基础，对基于DNA/碳纳米材料的荧光传感器性能的提高进行了深入研究与探讨，主要完成了以下三个工作:
　　 1.设计基于竞争性DNA组装的高效DNA/SWNTs生物传感平台。通过引入一段特定的短链DNA序列(scDNA)改变单壁碳纳米管表面DNA结构，减弱核酸探针与碳纳米管的作用，使核酸探针与目标物更有效结合，从而提高与目标物的结合速率。而且，释放的scDNA通过在碳纳米管表面的竞争性组装使探针荧光恢复增强。此策略成功的提高了基于DNA/SWNTs传感的性能，实现了对核酸、蛋白质和细胞内miRNA的快速、高灵敏、高选择性荧光检测。
　　 2.设计基于核酸适体可控自组装的高效DNA/氧化石墨烯传感体系。通过设计DNA自组装结构减弱核酸适体与氧化石墨烯的作用，提高与目标物的结合效率，并且可控的自组装结构易被破坏，从而使目标物易与核酸适体特异性结合。而且，释放的单链DNA通过竞争性组装吸附在氧化石墨烯表面使探针荧光恢复增强。此策略成功的提高了基于DNA/氧化石墨烯传感的性能，实现了对PDGF的高灵敏、高选择性荧光检测。
　　 3.设计基于DNA/碳纳米颗粒的Hg2+荧光传感体系。新型碳纳米材料-碳纳米颗粒，其制备简单，荧光猝灭效率高，相对于其它纳米材料与DNA作用力相对较弱，从而可使探针与目标物更有效结合。此策略成功的提高了基于DNA/碳纳米材料传感的性能，并实现了对Hg2+的高灵敏、高选择性荧光检测，基于此原理我们还可以设计对其它特异性结合的重金属离子的检测。

目录

声明

摘要

本文所用英文缩略词表

第1章 绪论

1．1 分子识别与DNA荧光生物传感

1．2 碳纳米材料在生物传感的应用

1．2．1 碳纳米管在生物传感的应用

1．2．2 石墨烯在生物传感的应用

1．2．3 碳纳米颗粒在生物传感的应用

1．3 本论文选题依据及研究内容

第2章 基于竞争性DNA自组装设计高效DNA／SWNTs荧光生物传感平台

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂和仪器

2．2．2 DNA／SWNTs复合物的制备

2．2．3 缓冲溶液中DNA检测

2．2．4 缓冲溶液中凝血酶检测

2．2．5 细胞内miRNA检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 scDNA对DNA／SWNTS的作用机理研究

2．3．2 scDNA对体系结合速率和荧光恢复的影响

2．3．3 DNA及蛋白质分析检测

2．3．4 细胞内miRNA检测

2．4 小结

第3章 基于核酸适体可控自组装的DNA／氧化石墨烯荧光传感体系设计

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂和仪器

3．2．2 AQ复合体自组装

3．2．3 DNA／GO复合物的制备

3．2．4 缓冲溶液中PDGF检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 DNA自组装结构的设计与验证

3．3．2 基于氧化石墨烯对PDGF检测

3．3．3 选择性研究

3．4 小结

第4章 基于DNA／碳纳米颗粒组装体的Hg2+荧光传感体系设计

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要试剂和仪器

4．2．2 碳纳米颗粒的制备及其表征

4．2．3 Hg2+对FAM-DNA荧光影响

4．2．4 碳纳米颗粒对标记核酸链荧光猝灭

4．2．5 Hg2+检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 碳纳米颗粒的表征

4．3．2 Hg2+对FAM-DNA荧光的影响

4．3．3 碳纳米颗粒对标记核酸链荧光猝灭

4．3．4 Hg2+诱导荧光增强

4．3．5 Hg2+的定量检测

4．3．6 选择性

4．4 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