DNA纳米材料生物探针的研制及其在DNA和细胞检测中的应用

摘要

随着分子生物学的发展，围绕DNA这一生命遗传物质的研究成为了生命科学和材料科学研究的热点之一。DNA作为重要的生命遗传物质，是遗传信息的载体，具有贮存和传递信息的功能，研究DNA的结构和功能，可以从分子水平上了解生命现象的本质，解释药物的作用机理，在现代生命科学、医学领域有重要的意义。同时DNA作为天然具有纳米尺度的分子，已在DNA纳米生物材料的制备中扮演了十分重要的角色，以 DNA为材料制备的DNA生物纳米材料和纳米结构不仅具有良好纳米效应并且具有很好的生物相容性，在生物学、功能材料学、传感等领域具有很重要的应用价值。本论文以DNA生物纳米材料(纳米结构)的设计，制备，组装为研究目标，并研究了其在新型DNA生物传感器构建中的应用及其在细胞成像检测方面的应用。具体主要内容分述如下：
　　 I．开展了以DNA为骨架的桥型三纳米金结构的制备与研究。利用DNA与纳米金的自组装设计合成了新型桥型三纳米金结构，这种纳米结构采用两条DNA链部分互补杂交形成DNA桥型结构，同时将修饰了DNA的纳米金与桥型DNA结构组装，形成三端含有纳米金而留有一端空位的结构，这种新型的纳米结构由于有一端空位可以被应用到生物样品的检测中，并通过电镜对纳米结构进行了表征。
　　 II．制备了基于桥型三纳米金探针的新型DNA生物传感器，并研究了传感器的性能。由于新型的桥型纳米金结构的特殊结构，将其制备为桥型三纳米金DNA生物条码探针，此采用了生物条码技术，不仅实现了信号扩增，还实现了一对一识别模式，创造性的构建了一对一识别高灵敏度DNA生物传感器，对目标DNA的检测灵敏度可以达到53 aM。本文的研究有助于DNA材料与DNA传感器的结合，研制新型的高灵敏度、高选择性的DNA生物传感器及DNA材料在其他生物检测中的应用。
　　 III．提出了一种利用DNA功能材料修饰癌细胞膜表面的策略，该策略旨在在癌细胞表面构建一种DNA功能材料网络，形象地说就是用DNA功能材料网络将癌细胞包裹起来。这些DNA功能材料网络主要由两大部分组成，第一、多单元弹性DNA聚合片段，包括癌细胞识别部分的细胞适体DNA，起连接作用的DNA连接链，用来形成线型聚DNA的DNA聚合单元。第二、DNA-CdTe QDS 即DNA-碲化镉复合量子点。其中DNA-碲化镉复合量子点可与结合到多单元弹性DNA聚合片段中使这些线型聚DNA之间再连接成网，同时引入的碲化镉量子点使得合成的弹性DNA功能材料网络具备荧光性能。我们在癌细胞表面合成这种DNA功能材料网络，使得癌细胞被这种材料包裹且可以在荧光显微镜下观测。最终通过观测初步证实了这一包裹策略的可行性，并且通过这种材料的包裹，我们成功实现了利用荧光成像来分析癌细胞生命活动过程的目的。