多重修饰的金纳米粒子在DNA检测中的应用及4-乙烯基吡啶（4VP）和N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）聚合反应的研究

【摘要】：生物大分子如脱氧核糖核酸(DNA)特异性的识别行为对于实现生物大分子的功能有着重要作用,是生命过程中信息传递的基础。生物大分子之间的识别受分子间亲和性和特异性的影响,主要基于氢键、离子键、范德华力、静电和疏水等相互作用。深入研究生物大分子的识别性不仅可以揭示生物大分子结合的机理,而且有助于对生命过程的理解,并对疾病诊断和治疗有直接应用。针对目前生物大分子识别性研究在假阳性、对象单一、检测通量和灵敏度等方面存在的问题,我们主要从组装、编码、信号放大三个方面进行了创新,利用纳米生物技术,通过在分子水平上的精细结构设计,实现高选择性和高灵敏度的生物分子识别行为的研究。 本论文的第一章首先介绍了纳米生物技术的发展现况,纳米生物技术是纳米技术与生物技术相结合的产物,主要运用在生物芯片、纳米探针、分子马达和纳米生物材料等方面。近年来,将纳米生物技术运用到生物大分子检测上的研究已得到广泛的开展,其中被研究的最多最普遍的是基于金纳米粒子的DNA检测。目前已经有了比色法、荧光检测法、电化学法、扫描矩阵法、生物条码法、拉曼光谱法、共振光散射法、MALDI-TOF质谱分析法等多种检测方法,检测限也从nM级别降低到了aM级别。其次,本章还介绍了可控活性自由基聚合(CRP),其基本特征是增长的少量活性种和大量休眠种之间快速的动力学平衡。对于CRP中应用最为广泛的原子转移自由基聚合(ATRP),作者进行了较详细的讨论。ATRP的机理是过渡金属配合物(Mt"-Y/Ligand)催化的可逆氧化还原反应产生自由基或者活性种,同时单电子被氧化和休眠种(R—X)中的卤素原子X被夺取。其本质是原子转移自由基增加,使得聚合物链能够有序增长。ATRP的反应体系由单体,拥有可转移卤素的引发剂,以及由过渡金属和配体构成的催化剂组成,有时还需要添加剂。目前,ATRP已经在聚合物反应研究中和工业生产上得到了巨大应用。 本文的第二章介绍了多重修饰的金纳米探针的制备及其在DNA检测方面的应用。首先,我们合成了两种带双硫键的功能小分子,通过金纳米粒子表面的吸附特性,将小分子和DNA组装到金纳米上,得到三种单修饰和双修饰的金纳米探针。其次,使用磁性分离技术和DNA芯片技术,通过金纳米探针,目标DNA,捕获探针之间互补杂交来形成三明治结构,再通过比色法来检测目标DNA的存在。同时我们考虑了使用金纳米探针上的小分子作为引发剂来引发ATRP反应,从而获得信号放大的可能性。 本文第三章介绍了一种不加入有机引发剂也能使单体4-乙烯基吡啶(4VP)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)发生聚合的方法。在实验中我们发现用水/异丙醇(体积比为1：1)作为溶剂,CuCl/Me6TREN配合物作为催化剂的情况下,4VP和DMAA可以发生聚合。与ATRP相比较,这种方法不需要加入有机小分子作为引发剂也可以得到较高聚合度的聚合产物,DMAA的单体转化率也很高。我们用电子顺磁共振自旋捕获的方法证明了此反应属于自由基聚合。今后,我们还将继续探究此方法的机理和应用。