適于復(fù)雜生物體系的功能核酸熒光納米探針的研究.pdf

1、實時監(jiān)控細胞內(nèi)生物分子的濃度變化和分布情況對于研究其生理和病理功能、鑒定疾病生物標志物以及疾病的早期診斷具有非常重要的意義?；跓晒馓结樀臒晒獬上窦夹g(shù)因具有靈敏度高、能夠?qū)崿F(xiàn)時空分辨成像、對活細胞和組織損傷小等優(yōu)點，已成為監(jiān)測細胞內(nèi)生物分子的強有力研究工具。然而，傳統(tǒng)的熒光探針進入細胞的低效率制約著其在細胞內(nèi)的應(yīng)用。同時，目前的熒光分析技術(shù)大都基于單光子熒光探針實現(xiàn)，其具有一些內(nèi)在的缺點，比如光漂白效應(yīng)、細胞或組織自身熒光干擾以及穿透深

2、度淺等?；陔p光子熒光探針的雙光子成像技術(shù)是利用頻率及能量較低的（波長較長）的雙光子作為激發(fā)光源的一種新技術(shù)，它能夠減少光散射，降低生物自身背景熒光的干擾，實現(xiàn)深層組織的長時間觀測以及提供更好的三維空間定位能力，減少對組織的損傷。這些優(yōu)點使得雙光子熒光探針更適合用于復(fù)雜生物體系的研究。
　　功能核酸主要包括兩大類具有特異性分子識別功能的核酸分子，一類是具有類似于蛋白酶的催化活性、特異性依賴輔助因子而發(fā)揮催化作用的分子，稱為脫氧核酶

3、(DNAzymes)；另一類是能夠像抗體一樣特異性識別目標物包括金屬離子、小分子、藥物、蛋白甚至是整個細胞的核酸分子，稱為核酸適配體(Aptamers)。功能核酸具有結(jié)合力強、選擇性好、靶標范圍廣、生物相容性好、易合成和易功能化修飾等優(yōu)點；因此，功能核酸的出現(xiàn)為構(gòu)建用于復(fù)雜生物體系的熒光探針提供了新的分子識別工具。納米材料，比如金納米顆粒、量子點、上轉(zhuǎn)換納米顆粒、DNA納米材料、介孔二氧化硅以及二氧化錳納米片等具有獨特的光學性質(zhì)、較高的

4、細胞膜穿透能力、優(yōu)良的生物相容性以及較大的負載能力。同時，由于納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米材料的合成和表征技術(shù)已取得了巨大的進展。因此結(jié)合功能核酸和納米技術(shù)構(gòu)建的熒光納米探針在復(fù)雜生物體系研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　為了解決現(xiàn)有熒光探針生物穩(wěn)定性差、膜穿透能力弱、成像效果不佳等導(dǎo)致其難以用于復(fù)雜生物體系的問題，本論文利用雙光子熒光成像技術(shù)和納米材料的優(yōu)勢，將核酸分子工程技術(shù)與納米技術(shù)結(jié)合，開發(fā)了一系列適于復(fù)雜生物體系的功能核酸熒光

5、納米探針。具體內(nèi)容如下：
　?。?）在第2章中，基于鋯離子與兩個磷酸根的特異性配位能力，我們構(gòu)建了一種通過目標誘導(dǎo)形成分子信標的熒光增強型探針用于鋯離子的檢測。由于分子信標獨特的莖-環(huán)結(jié)構(gòu)以及γ-環(huán)糊精的放大作用，使得該探針具有較低的檢測下限。進一步將該探針用于實際樣品湘江水中鋯離子的檢測，結(jié)果令人滿意。
　　（2）在第3章中，基于DNA樹枝狀納米結(jié)構(gòu)作為一種高效的運輸載體，我們構(gòu)建了一種納米探針用于功能核酸的細胞輸送和細胞

6、內(nèi)生物分子的原位實時檢測。該納米探針在細胞內(nèi)維持了DNA酶原有的催化活性和核酸適配體對目標物的特異性識別能力。同時，這種 DNA樹枝狀納米載體具有較好的生物相容性、較高的細胞膜穿透能力以及較高的生物穩(wěn)定性，因此，該納米探針在生物醫(yī)學診斷和治療領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。
　?。?）目前，基于熒光探針的熒光成像技術(shù)大多是通過單光子激發(fā)實現(xiàn)的，不可避免地會出現(xiàn)光漂白效應(yīng)、細胞或組織自身熒光干擾以及組織穿透深度淺等問題。在第4章中，基于雙光

7、子成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)深層組織的長時間觀測、背景熒光干擾小、光散射小以及對樣品損傷小等優(yōu)點，我們構(gòu)建了一種熒光增強型納米探針用于谷胱甘肽的檢測。結(jié)合雙光子成像技術(shù)，該探針可成功用于監(jiān)測細胞和組織內(nèi)谷胱甘肽含量的變化，證實了該探針在生物系統(tǒng)中的實際應(yīng)用價值。
　?。?）基于雙光子成像技術(shù)的獨特優(yōu)勢，以及核酸適配體特異性結(jié)合目標細胞的能力，在第5章中，我們構(gòu)建了一種多功能納米探針用于高對比度的雙模式細胞成像和腫瘤的診療。在該納米探針中，雙