光子晶体膜在生物检测中的应用

摘要

通过将由聚苯乙烯纳米粒子构成的光子晶体膜镶嵌在聚二甲基硅氧(PDMS)薄膜中制备得到了具有PDMS/胶体晶体/PDMS夹心结构的可用于多重生物分析的光子晶体编码载体。用编码载体进行了大肠杆菌三种基因的杂交检测：以三种光子晶体膜作为编码载体固定核酸探针，然后在含有荧光标记的目标分子的缓冲液中进行杂交反应。杂交反应后利用光子晶体膜的特征反射谱为核酸探针编码，以荧光信号的有无来确定目标分子的存在与否。实验结果表明PDMS/胶体晶体/PDMS夹心结构是一种有效的构建悬浮载体的方法。基于拉伸反结构膜编码载体，实现了基于悬浮载体的非标记检测。利用反结构膜的反射光谱既可以对探针分子进行编码，也可以利用杂交前后的反射光谱的峰移来实现目标分子的检测。我们还利用具有不同反射光谱的二氧化硅水凝胶光子晶体薄膜作为编码载体固定不同的蛋白分子进行多元生物分析。
　　 ⑴通过将由聚苯乙烯纳米粒子构成的光子晶体膜镶嵌在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜中制备得到了具有PDMS/胶体晶体/PDMS夹心结构的可用于多重生物分析的光子编码载体。用编码载体进行了大肠杆菌三种基因的杂交检测：以三种光子晶体膜作为编码载体固定核酸探针，然后在含有荧光标记的目标分子的缓冲液中进行杂交反应。杂交反应后利用光子晶体膜的特征反射谱为核酸探针编码，以荧光信号的有无来确定目标分子的存在与否。实验结果表明PDMS/胶体晶体/PDMS夹心结构是一种有效的构建悬浮编码载体的方法。
　　 ⑵用PDMS/胶体晶体/PDMS夹心结构作为编码载体开展了E.coli O157∶H7的多元检测，优化了基因在编码载体上的固定方法。E coli O157∶H7检测时一般先将粪便样品在琼脂糖平板上进行培养，然后选择克隆体并对E.coli O157∶H7进行确认。传统的策略慢而耗时，需要几天到几周的时间去确认。最近，基于PCR的分析方法被用来发展E.coli O157∶H7的检测。本论文利用PCR的方法对四种大肠杆菌基因进行了扩增，并利用光子晶体膜作为编码载体对扩增的E.coli O157∶H7的四种基因进行检测。
　　 ⑶利用反蛋白石膜制备得到了光子晶体编码载体。同时，利用拉伸和双层反蛋白石膜的方法扩大了光子晶体作为编码载体的编码量。该方法具有制备方法简单，作为编码信号的反射光谱范围广，编码量大的优点。此外，我们还基于拉伸反蛋白石膜编码载体，实现了悬浮载体的非标记多元检测。检测中利用反蛋白石膜的反射光谱可同时对载体的编码信号和杂交信号进行检测。与标记检测相比，本方法具有实验步骤简单，成本低等优点。
　　 ⑷开发了一种制备非紧密堆积型二氧化硅光子晶体凝胶薄膜的方法。该方法利用二氧化硅胶体颗粒的静电排斥作用自组装形成非紧密堆积型二氧化硅光子晶体，用聚丙烯酰胺高分子水凝胶锁定非紧密堆积型二氧化硅光子晶体的有序结构形成光子晶体水凝胶。本方法可通过胶体粒子的大小，浓度，水凝胶的浓度等参数来控制光子晶体水凝胶的反射峰位置。利用具有不同反射光谱的水凝胶光子晶体作为编码载体的蛋白分子多元检测结果表明，该水凝胶光子晶体作为编码载体能够准确地对不同种类的探针分子进行编码。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 光子晶体与生物分析

1.1.1 光子晶体的概念与特征

1.1.2 光子晶体的制备

1.1.3 光子晶体的应用

1.1.4 胶体光子晶体

1.2 生物分子编码载体

1.2.1 组合化学编码法

1.2.2 电子编码（Electrical Encoding）

1.2.3 图形编码(Graphical Encoding)

1.2.4 光学编码(Optical Encoding)

1.2.5 其他编码方法(Other Encoding Methods)

1.3 非标记检测技术

1.3.1 电化学检测技术

1.3.2表面激元共振(SPR)传感技术

1.3.3.光子晶体检测技术

1.3.4.其他非标记检测技术

1.4本论文的研究意义

参考文献

第二章 光子晶体膜的制备及其在生物检测中的应用

2.1.实验和方法

2.1.1 实验材料和仪器

2.1.2 聚合物胶体晶体膜的制备

2.1.3 核酸探针在载体上的固定

2.1.4.多重杂交反应

2.1.5 引物设计Primer design

2.1.6 Ecoli0157：H7的PCR反应

2.1.7 杂交反应

2.2.实验结果与讨论

2.2.1 琼脂糖水凝胶光子晶体膜的制备与编码特性

2.2.2 PDWS/胶体晶体/PDMS光子晶体夹心膜的制备与生物分子的固定

2.2.3核酸探针的固定

2.2.4多重杂交反应

2.2.5 Ecoli0157：H7模板PCR

2.2.6多重杂交反应

2.3 结论

参考文献

第三章基于流动编码载体的非标记多元检测技术在免疫分析中的应用

3.1 材料制备

3.1.1 制备反结构膜

3.1.2 双层反结构膜的制备

3.2 反结构膜检测乙醇浓度

3.3 生物分析

3.4 实验结果与讨论

3.4.1 材料的制备及在扩大编码量中的应用

3.4.2 反结构膜在乙醇检测中的应用

3.4.3 多元非标记检测

3.4.4 IgM分子的检测

3.5 结论

参考文献

第四章 光子晶体水凝胶膜在生物分子检测中的应用

4.1 实验和方法

4.1.1 实验材料和仪器

4.2 非紧密堆积型光子晶体的制备

4.3 非密堆积型胶体晶体薄膜的制备

4.4 非密堆积型胶体晶体薄膜的检测

4.5 结果和讨论

4.5.1 胶体凝胶薄膜

4.5.2 生物分子的固定

4.5.3 蛋白分子的检测

4.5.4 生物分子的多元检测

4.6 结论

参考文献

第五章 总结

博士期间发表的论文与申请专利

致 谢