新型dna纳米机器的研究及应用

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1、青岛科技大!学研究生学位论文新型DNA纳米机器的研究及应用摘要DNA不仪是自然界中绝大部分牛命体的遗传物质，也是-90卓越的牛物功能化材料。DNA纳米机器是指利用DNA组装出纳米尺度下能够运动并实现能量转换的“分子机器”，是一个具有挑战性的前沿课题。本文将DNA、适体识别元件、DNA工具酶与性能优良的纳米材料相结合，设计和研究了结构独特的信号放大型DNA纳米机器，可用于特定DNA以及某些小分子活性物质和蛋白质的超灵敏检测。主要包括：1．利用DNA聚合酶I的DNA复制作用组装了一种新型信号放大型DNA纳米机器，采用差分脉冲

2、溶出伏安法作为检测手段，可完成DNA的指数倍循环放大。使用该DNA纳米机器放大DNA一小时，可使检测的灵敏度提高两个数量级，检测限可达2．8×10。17M(3s)，放大效率高。此外，该DNA纳米机器与适体识别元件相结合，可实现某些小分子活性物质的检测。本工作利用该DNA纳米机器实现了三磷酸腺苷的检测，检测限可达4．7×10叫M(3s)。2．利用结构独特的DNA组装体、核酸限制性内切酶和磁珠构建了用于快速的信号放大检测两组分DNA的DNA纳米机器。该DNA纳米机器依靠核酸限制性内切酶的剪切DNA链的功能驱动反应进行。运用该

3、DNA纳米机器运行30min，可使检测的灵敏度提高四个数量级，对双组分DNA的检测限分别可达5．6×1017M(3s)和4．1×10。17M。此外，该DNA纳米机器与适体识别元件相结合，可实现某些小分子活性物质和蛋白质的检测。本工作以ATP和溶菌酶为靶分子，实现了DNA纳米机器法对ATP和溶菌酶的同时的高灵敏的检测，对ATP的检测限可达5．6X10一M，对溶菌酶的检测限可达5．2X10。3M。此外，该体系还成功用于实际样品中ATP和溶菌酶含量的同时检测。3．将马来酸与山梨酸的Diels．Alder环加成反应应用于纳米材料

4、与DNA模板的click连接，从而构建了以DNA为模板的纳米粒子组装体。合成了长度在微米级的山梨酸预标记的DNA纳米线，并以该DNA纳米线为模板，通过马来酸与山梨酸的Diels—Alder环加成反应组装纳米粒子，来合成了DNA为模板的纳米粒子链。以金纳米粒子(AuNPs)和碲化镉量子点(CdTeQDs)为例，通过click连接合成了DNA为模板的金纳米粒子链和碲化镉量子点链，并对合成的材料进行了相应的表征。此外，考虑到碲化镉量子点链的良好的荧光性质及其结构特点，新型DNA纳米机器的研究及应用进一步将细胞适体修饰到碲化镉量

5、子点链上，构建了一种用于癌细胞成像的线状细胞探针。该探针与靶细胞反应快速，且检测结果准确，可用于癌细胞的快速区分和鉴定。4．提出了一种基于滚环复制信号放大的双色信号点法可视化的DNA检测。即采用两种颜色的DNA／CdTeQD探针，并利用DNA的滚环复制反应实现信号的富集和放大，用于靶DNA的双色信号点法可视化检测。该体系以预先设置的参照点与靶DNA引发的滚环复制反应所产牛的荧光信号点两点结合的方式作为靶DNA杂交反应的判定原则，改进了常规方法中靶DNA仅对应于单一信号而难于分辨干扰信号的特点。这里提出的基于滚环复制信号放

6、大的双色信号点法可视化的DNA检测方法可行，为单分子的DNA检测提供了新的依据，因此，具有一定的研究价值和应用潜力。关键词：DNA适体纳米粒子荧光成像伏安法青岛科技大学研究生学位论文DNAMACHINEFoRDNAAMPLIFICATIoNANDITSAPPLICATIoNToTHEDETERMINATIoNoFoTHERBIoMOLECULESABSTRACTDNA．1ife’Sinformationcarrier,hasrecentlyemergedasaversatilematerialforconstructin

7、gself-assembledsyntheticmolecularstructuresanddevices．DNAmachinesareviewedasbiomolecularassembliesthatperformmachine—likefunctionsatthemolecularlevel．Inthiswork，combinedDNArecognition，aptamerrecognitionwithnanoparticles(NPs)，differentDNA—basedmachineswereconstruc

8、tedforamplifiedanalysisofnucleicacid，low—molecular-weightsubstratesandproteins．Theexperimentalprotocolscouldbesummarizedasfollows：1．Anovelautonomousbio—bar-cod