纳米生物界面精确调控及在生物传感中的应用
宋萍
学位类型博士
导师宋世平
2016
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词纳米生物界面 静态调控 动态调控 传感检测 Dna水凝胶
摘要纳米生物界面精确调控可以很好地实现器件的构建并发挥其良好的生物传感性能,DNA纳米技术基于碱基互补配对的特性可以很好地实现对距离、结构、大小和构象的精确调控。本研究主要基于DNA纳米技术构建了一系列可以精确调控的纳米生物界面并利用其实现了对目前缺乏有效检测手段的前列腺癌靶标小分子的精确检测。最后在构建纳米生物界面的基础上,实现了对细胞表面的精确组装并成功地实现了可视化定量检测乳腺癌细胞。具体内容如下:一、对纳米生物界面进行了静态结构的构建和调控,利用DNA纳米技术的可编辑性同时引入DNA折纸技术构建了二维(2D)的纳米生物界面,并运用该界面实现了对两种生物大分子之间距离的精确调控,可以从10nm到70nm不等。在2D纳米生物界面构建基础上,我们又利用DNA四面体技术构建了三维(3D)的纳米生物界面,实现了对生物大分子从准纳米到纳米距离的精确调控。在成功实现对组装分子从2D到3D的距离调控基础上,又设计了五种不同构象的四面体,构建了五种不同构象的纳米生物界面并发现不同构象的纳米生物界面确实会影响其生物传感性能。二、在成功实现对纳米生物界面的静态调控后,我们又对纳米生物界面实现了动态的调节。借鉴生物酶研究中的别构效应,基于静态构象调控的基础,引入带有茎环结构的四面体并通过加入刺激因子,包括响应链(effector)、抑制链、p H、杂交时间等调控四面体构象改变从而实现对纳米生物界面的动态调控。同时发现纳米生物界面的动态调控可以影响相同探针和靶序列的结合能力从而影响生物传感性能,我们利用构象改变导致的探针和靶序列结合能力的不同实现了对靶序列捕获和释放的精确调控。三、在成功实现精确调控纳米生物界面从2D到3D、从静态到动态、从距离到构象改变的基础上,利用设计的纳米生物界面来构建生物传感器。肌氨酸作为前列腺癌检测的潜在靶标小分子由于分子量小、体内含量低等特点导致目前仍然缺乏高灵敏度、高特异性的手段来检测。我们利用肌氨酸氧化酶、辣根过氧化物酶在肌氨酸存在时可以发生级联反应从而提高检测的特异性,并且运用构建的纳米生物界面可以精确调控酶之间的距离,同时结合电化学技术实现了对肌氨酸的高灵敏检测,检测限可以达到50n M,最后运用该方法进行了大量前列腺癌、前列腺肿大、正常男性血清样本的检测。四、在纳米生物界面构建技术基础上,我们利用DNA适配体和乳腺癌细胞MCF-7表面高表达的上皮细胞粘附因子(Ep CAM)结合,实现了在细胞界面组装DNA的技术。然后利用DNA杂交技术将引发链杂交到细胞表面,这样带有引发链的细胞就可以引发3D的杂交链式反应从而形成DNA水凝胶,在这过程中加入DNA保护的纳米金就可以实现对癌细胞定量、可视化的检测。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/26072
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
宋萍. 纳米生物界面精确调控及在生物传感中的应用[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2016.
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