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纳米金颗粒对DNA传感器的倍增及表面修饰效应研究

韩梅梅  
【摘要】:随着人类基因组计划对人类遗传密码的揭示和分子流行病学对肿瘤复杂基因机制的阐明,有关DNA的研究将在疾病的预防、早期诊断与治疗中起到关键作用。科学研究表明,恶性肿瘤的发病是与DNA的变化密切相关的。从分子水平上检测基因突变,寻找基因突变与病变的关系是肿瘤研究的一个重要课题。其中,突变基因的微量、快速检测可以为寻找基因突变与病变之间的相关性提供基本数据。因此,开发一种简便、经济、快速的检测微量突变基因的手段显得十分重要和迫切。 石英晶体微天平(QCM)技术具有简单、快速、灵敏、在纳克级水平上实时检测DNA固定和杂交等优点,被广泛应用于基因学、诊断学等各方面,成为分子生物学和微量化学领域最有效的手段之一。金纳米颗粒制备简单、粒径可控、具有良好的尺寸量子化效应和生物相容性,因此在生物传感器上有特殊的倍增效用。因此,科研人员将纳米金颗粒与QCM技术结合,设计了一种探针DNA-靶标DNA-纳米金DNA配合物所构成的“三明治”式DNA传感器,成功的解决了QCM方法检测DNA时灵敏度低的难题。前期实验室研究表明:“三明治”式传感器中,金纳米颗粒对DNA检测的倍增效果先随着纳米颗粒的尺寸增大而增大,当颗粒的尺寸大于50nm时,倍增效果反而降低;结合纳米颗粒对QCM的表面修饰和对DNA检测的倍增效应来提高DNA检测的灵敏度,且用金纳米颗粒对QCM进行表面修饰后,使倍增的金纳米颗粒的尺寸能够进一步的提高。 以上这些方法所具备的高灵敏度都是在靶标DNA链长较短的前提下得到的,与实践应用的距离还比较远。因此,我们试图在不改变核酸杂交特异性的前提下,使杂交分三步进行,增长探针DNA和靶标DNA的链长,同时,使用一种存在着与靶标DNA不互补的碱基作为悬臂来连接纳米金颗粒放大器,其悬臂上的碱基不与待测的基因产生杂交,使其连接着的金纳米颗粒能尽量的远离杂交双链,可以有效地消除纳米金颗粒位于杂交的DNA双链中部时,由于自身体积对双链的形成所造成的立体障碍,即纳米金颗粒倍增DNA传感器时的空间效应。在保持原有检测极限的基础上成功的增大待侧DNA的链长。从而提供一种快速、高灵敏度的、向实际应用化迈进的检测DNA突变的方法。采用纳米金颗粒对QCM进行表面修饰可以提高HS-DNA探针在QCM表面的固定 哈尔滨工程大学硕十学位论文 量,同时,金颗粒对QCM的表面修饰可以使得探针固定密度比在裸露的QCM 晶片上提高约80倍。这些均为靶标DNA的完全杂交提供了更多的机会和可能。 具体实验内容和结论如下: 1.分别使用2个和5个碱基作为DNA的悬臂,50nm的金颗粒作为信号放大 器,成功的将原有的10一、。1·L一,的检测极限提高到10一饰。1·L一‘,将待 侧靶标DNA的链长从17mer增长为33mer。 2.用SOnm的金颗粒作为信号放大器进行检测,悬臂长度为5个碱基时要比 2个碱基作为悬臂时对DNA的检测效果好,在各个靶标DNA浓度下,质量 倍增差值在IOng左右。因此,较长的悬臂对改善纳米颗粒在杂交中的立 体障碍方面有积极的作用。 3.在悬臂长度都为5个碱基的前提下,分别用直径为3Onm、50nm的金颗粒 一DNA酉己合物来进行质量倍增,直径为50nm金颗粒的倍增效果要好于3Onm 的金颗粒。说明了悬臂的存在使得倍增的纳米金颗粒一DNA配合物在完全 与靶标DNA杂交后,仍能远离杂交双链,减少了由于空间位阻所导致的杂 交双链解开的现象,因此,大粒径的金颗粒较小粒径的金颗粒的倍增效果 要好得多。 4.纳米金颗粒对QCM的表面修饰可以提高HS~DNA探针在QCM表面的固定量, 综合考察,20nm的金颗粒用于QCM表面修饰对DNA的检测效果最佳。金 颗粒对QCM的表面修饰可以使得探针固定密度比在裸露的QCM晶片上提高 约80倍。 关键词:纳米金颗粒;DNA传感器;石英晶体微天平(QCM):倍增; 空间效应;表面修饰 J尹一


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