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纳米光纤DNA生物传感器研制及基因诊断

王以明  
【摘要】: 纳米光纤DNA生物传感器因其独特的光学特性和纳米级的敏感元件等优越性能,能在生物体组织、细胞内物质的检测和基因诊断及碱基突变检测等方面受到了广泛的应用。本论文研究和制作了纳米光纤DNA生物传感器,并将其应用于基因的诊断。在这个研究中,我们首先制作了纳米光纤DNA生物传感器,其后分析了光在纳米光纤的传播特性;检测了纳米光纤传感器的特性,并表征了它的传感性能;设计和制作了用于光纤传感器测试、诊断用的多功能型样品池,最后,将此传感器应用于对碱基缺损和突变等基因畸变诊断。在这些研究中,我们的主要成果和创新点概括如下: 1.通过对纳米光纤探针的结构及光学特性展开分析,我们将光纤制作成连续锥形的纳米光纤结构,并对光纤探针进行优化设计。 2.采用静态的HF管腐蚀刻方法,研究了不同浓度蚀刻液和不同蚀刻时间对纳米光纤头几何构型的影响,并通过扫描电镜(SEM)表征不同光纤头的几何形状,实验结果显示,该纳米光纤的锥形尖端大小约100nm,且表面较为光滑,并呈现出连续锥形纳米光纤的结构。 3.采用SEM和能谱仪(EDS)检测纳米光纤表面微结构的成分;建立了荧光分析法检测光纤头硅烷化的反应体系。通过对未活化和活化的纳米光纤的比较,发现未活化的光纤在SEM-EDS检测方法中未检测出碳元素,而活化的光纤则检测出碳元素;未活化的光纤在荧光分析检测方法中无荧光,而活化的光纤则有荧光,实验表明,硅烷化分子固定到纳米光纤上。这为纳米光纤生物传感器敏感元件的制备提供了新的检测方法。 4.采用静电吸附和共价键合相结合将Oligo DNA靶分子,固定在硅烷化的纳米光纤尖端,并设计和制作了可收缩纳米光纤DNA探针;还通过SmartSpecTM Plus核酸蛋白测定仪检测了固定在纳米光纤上的Oligo DNA靶分子量。 5.研究了基于纳米光纤DNA生物传感器的样品池的设计及信号收集装置的制作。采用独特的锥形腔体平面聚光镜组,通过调节镜面角度可光信号进行调制,增大光信号的耦合效率,提高该传感器的灵敏度,并与荧光光谱仪匹配,利用光子计数检测器进行信号的处理,提高该传感器的灵敏度。 6.将制作的纳米光纤DNA生物传感器进行了基本性能的测试实验,结果显示,该传感器的响应时间为15min左右;最低检测限约为8nmol/ml,其检测范围为8-57nmol/ml,且重现良好;再生条件为升温到90℃;使用寿命约为50天。 7.制作的纳米光纤DNA生物传感器应用于碱基突变检测,实验结果表明,不同碱基突变数目(1、2和4个碱基突变及完全不互补链)对传感器的响应程度不同。当碱基突变数目越多,其相应的荧光强度越来越低。


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