CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
传感界面分子识别优化及应用
邓孟莹
Subtype博士
Thesis Advisor宋世平
2020-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword扩散过程 探针活性 核酸酶降解 人工伴侣 构象调节
Abstract生物传感器以其独特的分子识别特性被广泛的应用到疾病诊断和治疗,环境检测和生命过程研究等多个领域。许多科研工作者已经将自然界中具有特殊识别功能的核酸、蛋白等生物材料应用到了生物传感领域中。特别是核酸材料具有独特的碱基配对识别能力和高度的可编辑性,为其在生物传感中的应用提供了巨大的优势。但是,传感界面的分子识别系统受到了靶标分子扩散,核酸探针完整性以及核酸探针活性和核酸探针构象等多方面的影响。通过调控传感界面的分子识别,可以实现生物传感器的检测灵敏度,检测限和检测选择性等的提高和其更广泛的应用。因而,为了提高传感系统的传感性能和应用范围,我们将从以下几个方面对分子识别的能力进行调节。(1)传感界面的扩散问题一直影响着传感器的检测性能,为此出现了许多基于扩散问题设计的纳米电极,微流控检测体系等。同时,反应溶液中的电子传递问题也是电化学传感研究的重要内容。本部分内容主要研究了传感界面的靶标分子扩散和传感界面的分子间相互作用的问题。一方面,我们研究了核酸探针与核酸靶标之间的特异性识别与靶标扩散和传感界面探针密度之间的关系。依据以前发表过的文献进行数值模拟,来探究它们之间的关系和传感设计的问题。另一方面,我们研究了与传感界面的核酸探针不存在特异性结合的小分子在传感界面的扩散行为。此过程中主要利用了电化学方法中的循环伏安法进行反应的可逆性能,反应电子数变化和反应中的实际扩散系数等参数。在这一部分的最后,我们提出了关于宏观电极界面的纳米扩散的研究设计。(2)复杂的传感检测环境容易造成核酸探针结构的不完整和探针活性的丧失,从而导致生物传感器失去传感性能。为了克服核酸探针的不完整性和探针失活造成的影响,我们提出了核酸酶到传感界面可及性调控的DNA单层生物传感器。我们分别从核酸探针的传感界面可及性设计,核酸酶的可及性验证和复杂传感检测环境中的应用三个方面进行了研究。其中,我们将传感界面的可及性问题转化为核酸探针在传感界面的横向间距以及核酸酶尺寸的问题,并且获得了核酸酶的降解速率与核酸探针横向间距之间的关系图。同时,我们将构建的传感界面可及性调控的DNA单层生物传感器用于小鼠全血内药物分子阿霉素的检测,实现了很好的检测效果。(3)分子的识别与核酸探针的构象密不可分。使用物理方法来调控核酸构象使得传感器的应用较为单一。而我们模仿自然界中分子伴侣的功能性调控,设计了框架核酸人工伴侣,可以实现核酸探针构象的程序性调控。一方面,核酸探针在均相溶液是各种核酸构象的集合体,且每种构象具有不同的数量分布。我们利用框架核酸人工伴侣对核酸探针的特定构象在其构象集合体中的分布进行了调控。另一方面,核酸探针的构象改变会影响其反应的活化能和吉布斯自由能。因而,我们也探索了框架核酸人工伴侣对核酸探针进行程序性调控后,其反应的活化能和吉布斯自由能的变化。
Pages161
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32482
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Affiliation中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
First Author Affilication中国科学院上海应用物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
邓孟莹. 传感界面分子识别优化及应用[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2020.
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