CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
基于无机纳米材料和DNA纳米结构的研究及应用
李凡
Subtype博士
Thesis Advisor樊春海
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
Degree Discipline无机化学
Keyword纳米金 碳纳米管 氧化石墨烯 6-helix Dna结构
Abstract纳米技术的发展,推动了多个学科及领域的突破,特别是在材料,生物,医学,化学,电子学,光学等学科。纳米技术促进了多个学科进行交叉,融合,从而为解决问题提供了新方法和机遇。基于此,本论文开展了对纳米材料的研究及应用。这些材料包括零维的纳米金,一维的碳纳米管,二维的氧化石墨烯,三维的DNA纳米结构。论文涉及了生物分子与无机纳米材料的相互作用研究,功能化纳米传感器的构建,DNA纳米结构的设计及应用。主要研究结果如下: (1)报道了一种新颖的纳米金组装方法,即通过poly A嵌段DNA将DNA探针组装到纳米金表面。通过比较,我们发现较之前的传统巯基组装策略,poly A双嵌段Au NPs-DNA具有一些独特的优势。第一,降低了探针合成成本;第二,poly A实现了对纳米金表面的饱和覆盖,从而抑制非特异性DNA吸附;第三,提高了杂交动力学速率。 (2)本部分工作系统考察了不同DNA结构,包括单标记ssDNA及部分杂交的dsDNA,多标记的RCA产物切割链,HCR长产物链和三维3-helix DNA结构,与GO的作用机制。借助于GO对荧光分子的超淬灭作用,表征了其标记的DNA链与GO的作用状态。从不同位置标记的ssDNA与GO作用时,荧光值随不同靶标DNA的加入而发生变化。我们证明ssDNA在GO表面的吸附状态:ssDNA的每个碱基都吸附在GO表面。从RCA介导的多标记荧光探针与GO作用时,荧光值随不同DNA靶标而发生变化,从而肯定了上述的结论。接着,从HCR长产物链和短产物链与GO的相互作用,我们认为DNA结构与GO的作用是一个动态的平衡吸附过程,当ssDNA在结构中比例增加,其结构与GO的作用力也会增加,表现为荧光值下降。最后,从三维DNA结构3-helix与GO的作用研究,发现三维DNA结构与GO的作用力比较弱,与之前的研究结果一致。 (3)该部分工作,首先讨论了GO与CEPs之间的作用机制,还探讨了GO对CPE1的超淬灭能力。在此基础上,我们提出了GO对CEPs/Fluo-Probe检测体系优化的可能性。通过实验,我们也如愿提高了CEPs/Fluo-Probe检测体系的信噪比。于此同时,CEPs/Fluo-Probe检测体系的检测限被提高了50pM。 (4)该部分工作主要研究了三种纳米材料,包括零维的纳米金,一维的碳纳米管,二维的氧化石墨烯,及其与DNA的相互作用,从而为理解它们的特征和设计传感策略提供帮助。荧光淬灭实验证明三种纳米材料(GO,SWNTs,AuNPs)对FAM-ssDNA都具有高的淬灭效率。同时基于淬灭作用,达到较高的单双链分辨率。通过比较发现GO单双链分辨能力最强。因此,基于GO的传感器展现了最好的检测限(0.2nM)和最好的重复性。于此类比,SWNTs组和AuNPs组的检测限分别为1nM和2nM。另外GO和SWNTs的传感器还表现出优良的SNP分析能力。更重要的是,我们通过研究NMs和NaCl浓度对作用力影响,分析了相关作用机制。 (5)本部分工作首先实现了3-helix和6-helix DNA结构的高产率合成,并表征及确定其大小和完整性。同时,我们研究了6-helix DNA结构的稳定性及抗降解能力。数据表明6-helix结构具有优异的稳定性。通过对结构上锁链的优化,我们实现了6-helix结构高打开效率及较快的打开速率。在此基础上,我们成功实现了细胞内6-helix结构的可控开关。另外,我们尝试载带CpG药物分子。但实验数据表明3-helix结构和6-helix结构本身就具有较强的免疫刺激活性,掩盖了CpG分子的刺激活性,其作用机制还待研究。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/14777
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
李凡. 基于无机纳米材料和DNA纳米结构的研究及应用[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2014.
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