核酸分子组装引导的纳米颗粒在纳米孔中的易位研究

摘要

作为一种新型的DNA测序技术，近几年来纳米孔传感已经发展成为一种成熟的单分子检测技术，包括miRNA检测、核酸之间的鉴定、DNA结合物的检测、分子间相互作用力的检测以及纳米颗粒的检测。金纳米颗粒是一种用途广泛的纳米材料，具有独特的物理化学性质，利用纳米颗粒的组装进行检测应用日益广泛。本文主要将纳米孔传感和纳米材料组装技术相结合，系统地研究了金纳米颗粒及组装体通过固态纳米孔的信号特征，为固态纳米孔应用于纳米材料以及癌症标志物的检测提供技术指导和理论支持。主要内容如下： 1.基于固态纳米孔传感平台研究了金纳米颗粒通过纳米孔的易位信号。记录了在电解质溶液中，金纳米颗粒在电压驱动下通过纳米孔时电流的堵塞变化，通过分析阻塞电流的幅值和阻塞时间，对纳米粒子的捕获和易位动力学过程进行研究。发现阻塞电流的方向与纳米孔的孔径有关，分别使用孔径为40、78和120nm的纳米孔来检测金纳米颗粒。根据理论分析解释了在小孔径下电流增大而在大孔径下电流减小的现象。 2.利用DNA组装，通过纳米孔单分子检测癌症标记物miRNA。miRNA是短的非编码RNA分子，在调节基因表达中起重要作用。在这项工作中，开发了一种新的miRNA检测方法，它结合了两种纳米检测技术，即具有高选择性的纳米颗粒自组装体系和单分子的纳米孔检测平台，用于快速检测miRNA。同时可以对探针进行设计编码用于miRNA的多元检测，并且检测分子的大小不受纳米孔孔径的限制，进一步扩大了纳米孔的检测范围和应用，建立了一种快速、特异、高效的生物传感平台，可以有效地运用到医学检测中。 3.通过DNA折纸设计DNA条带并组装成纳米金链，并研究其在纳米孔中的易位行为。为了提高纳米孔的通量和多元检测性，通过DNA折纸技术设计了一款拓扑结构灵活的DNA条带作为运输载体，该纳米带还可以作为模板组装纳米颗粒，形成长的纳米金链，并通过纳米孔研究其易位行为，分析堵塞信号可以区分纳米颗粒的位置和数量，为创建新型的纳米孔传感器提供了新的思路。

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专用术语注释表

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米孔技术的发展

1.2.1纳米孔检测原理

1.2.2生物纳米孔技术的发展

1.2.3固态纳米孔技术的发展

1.2.4生物纳米孔与固态纳米孔的区别

1.3纳米孔技术的研究进展及应用

1.3.1DNA测序方向

1.3.2单分子检测

1.3.3疾病诊断

1.3.4纳米材料表征

1.4本课题研究思路

第二章金纳米颗粒通过氮化硅纳米孔的电导变化研究

2.1引言

2.2实验内容

2.2.1实验试剂与实验仪器

2.2.2AuNPs的制备与修饰

2.2.3纳米孔制备

2.3实验结果与讨论

2.3.1AuNPs通过氮化硅纳米孔典型易位信号分析

2.3.2AuNPs通过氮化硅纳米孔与偏置电压的研究

2.3.3AuNPs通过氮化硅纳米孔与纳米孔孔径的研究

2.4本章小结

第三章 基于纳米孔和AuNPs-DNA探针对miRNA的研究

3.1引言

3.2实验内容

3.2.1实验试剂与实验仪器

3.2.2制备AuNPs-Diblock-DNA探针

3.2.3琼脂糖凝胶电泳分离回收样品

3.3实验结果与讨论

3.3.1基于AuNPs-DNA探针对miRNA-21监测研究

3.3.2基于AuNPs-DNA探针对多种miRNA监测研究

3.3.3基于AuNPs-DNA探针对miRNA的定量检测

3.4本章小结

第四章DNA分子自组装引导的纳米项链结构易位行为研究

4.1引言

4.2实验内容

4.2.1实验试剂与实验仪器

4.2.2巯基DNA组装金球

4.2.3制备纳米项链结构

4.3实验结果与讨论

4.3.1纳米条带的易位行为研究

4.3.2纳米项链结构的表征

4.3.3纳米项链结构的易位行为研究

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢