CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
基于DNA 的功能化纳米材料的设计及其在生物诊断中的应用
裴昊
Subtype博士
Thesis Advisor樊春海
2012-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline无机化学
KeywordDna 纳米技术 生物传感器 模式识别 分子计算 纳米材料
AbstractDNA 纳米技术是一个蓬勃发展的领域,利用DNA 作为构建纳米材料的原料和工具具有不可忽视的潜力。DNA 尺度小,结构稳定而灵活,编码性强,易于操作。这些优点无疑使其可以用来解决生物诊断中的一些关键性问题。首先,我们设计一种DNA 三维纳米结构,并且利用化学方法使其功能化,发展一种三维DNA 纳米结构探针生物检测的平台,实现了提高界面上探针-目标分子识别效率的目的,并基于此发展了一种电化学生物传感器(第二章和第三章)。同时,我们还将一些功能化DNA 序列和这种三维的DNA 纳米结构整合在一起,实现了分子逻辑门的构建、活体细胞内分子检测及药物载体的设计,这种全新的功能化三维纳米结构有望实现未来医学中智能药物载带系统(第四章)。此外,我们还将化学功能化的三维DNA 纳米结构和一些功能化DNA 序列有机的结合起来,发展了一种用于界面DNA 纳米机器的立体支撑架,这种立体支撑架可以是界面上的DNA 纳米机器发挥更有效的功能,为发展一种智能界面提供了新的途径(第五章)。 在另外一部分中,我们将DNA 看作一种普通的高分子,基于其物理化学性质,我们将其和纳米材料结合(碳纳米材料和金属纳米材料)发展了一系列的功能化DNA 纳米复合材料,并将其应用于生物检测中,为实现发展廉价、简便、快速、准确的生物传感器迈进一步。首先,我们研究了DNA 在纳米金表面上构型对酶反应的动力学和热力学的影响,发现在控制好DNA 在纳米金表面上的构型,可以提高酶反应的选择特异性(第六章)。其次,我们还利用DNA 四种碱基中的腺苷和金的高亲和力,设计一种双嵌段寡聚核苷酸,用于合成空间隔离高DNA 杂交活性的DNA-纳米金探针(第七章)。然后,我们利用DNA 碱基的编码特性,研究不同DNA 和氧化石墨烯之间的相互作用,提出了一种“系综适配体”(Ensemble aptamer)的概念,可用于蛋白质的检测。这种检测模式不同于传统的生物传感器,它是基于模式识别的原理,无需特异性识别元件,这样就可以极大的降低传感器的成本及对特异性识别元件(抗体、DNA 适配体等)的需求(第八章)。最后,我们还发现了一个有趣的现象,水可以导致DNA 包裹的纳米金粒子膜产生宏观、肉眼可见的颜色变化。我们还发现纳米金表面上的DNA密度,DNA 的结构对这种变化有影响。我们推测其物理机制可能是DNA 引起的环境介电常数的改变导致的,从而引起纳米粒子的等离子共振效应的改变,该现象可能会为生物检测提供一种新的传感机制。
Funding Project应物所项目组
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/9732
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
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GB/T 7714
裴昊. 基于DNA 的功能化纳米材料的设计及其在生物诊断中的应用[D]. 中国科学院研究生院,2012.
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