新型表面等離子體共振DNA傳感技術(shù)的研究.pdf

1、核酸是解釋多種生命現(xiàn)象的關(guān)鍵，已成為生命科學(xué)最重要的研究領(lǐng)域之一。DNA傳感技術(shù)通過(guò)固定化的已知序列的探針和目標(biāo)DNA分子雜交，并將雜交的過(guò)程和結(jié)果以光、電等易于測(cè)量的物理信號(hào)表達(dá)出來(lái)，從而獲取目標(biāo)DNA分子的濃度、序列等信息，具有快速、靈敏、操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染等特點(diǎn)，是DNA研究的重要手段，廣泛應(yīng)用于突變檢測(cè)、基因篩選、基因診斷、藥物的研制與開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。并且隨著相關(guān)研究的日益深入，對(duì)DNA傳感技術(shù)在靈敏度、選擇性、數(shù)據(jù)通量、微型化、智能

2、化等方面提出了越來(lái)越高的要求。 本文首先對(duì)幾種常見(jiàn)的DNA傳感技術(shù)的原理、應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述，然后重點(diǎn)以表面等離子體共振(SPR)傳感技術(shù)作為研究手段，循著DNA傳感技術(shù)的發(fā)展方向，開(kāi)展了以下工作： (1) 引入納米金顆粒催化增長(zhǎng)技術(shù)，構(gòu)建了高靈敏的SPR DNA傳感器。納米金顆粒催化增長(zhǎng)是一種有效的提高靈敏度的技術(shù)，但是顆粒增長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)有金屬沉積在金膜表面而引起背景升高。為解決這一問(wèn)題，在金膜表面真空濺射

3、了一層25 nm厚的SiO<,2>薄膜。該傳感器可檢測(cè)低至4.8 pM的cDNA，與SPR傳感器直接檢測(cè)(金膜表面鍍有SiO<,2>)相比，其檢測(cè)下限降低了250倍。本研究工作發(fā)展的方法具有通用性，可擴(kuò)展到其他采用金屬基底的分析方法中。 (2) 結(jié)合自組裝多層膜修飾技術(shù)和納米金顆粒催化增長(zhǎng)技術(shù)，構(gòu)建了高靈敏的SPR DNA傳感器。本部分工作發(fā)現(xiàn)，通過(guò)層層自組裝技術(shù)修飾在金膜表面的自組裝多層膜(PAH/PSS)<,3>可以像SiO

4、<,2>層一樣，有效地阻擋金屬沉積于金膜表面。該傳感器的檢測(cè)下限為1.8 pM cDNA，與SPR傳感器直接檢測(cè)(金膜表面修飾有自組裝多層膜)相比，其檢測(cè)下限降低了約56倍。本研究工作中膜的制備簡(jiǎn)單、不需要昂貴的儀器設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員，也可以進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用于其他采用金基底的分析方法中。 (3)利用SPR技術(shù)研究了固定化DNA單層的電致開(kāi)關(guān)行為。設(shè)計(jì)了一種由金膜與氧化銦錫導(dǎo)電玻璃組成的類電容式流通池，以避免電場(chǎng)對(duì)金膜本身的SPR光

5、譜的影響。利用該流通池研究了電場(chǎng)對(duì)固定化DNA探針的作用。由結(jié)果可推測(cè)，金膜所帶電荷的性質(zhì)可使固定化DNA探針“平躺”或“直立”在金膜表面，且電場(chǎng)調(diào)控下的固定化DNA探針的取向變化與電場(chǎng)強(qiáng)度和DNA探針的表面覆蓋率密切相關(guān)。通過(guò)研究不同狀態(tài)下的DNA雜交情況，發(fā)現(xiàn)DNA雜交效率與DNA探針的取向密切相關(guān)：DNA探針呈“直立”狀態(tài)時(shí)有利于雜交，反之亦然。由于很多生物分子是荷電的，該工作還有可能為構(gòu)建更高靈敏度的生物傳感器件、生物芯片及納米

6、電子裝置提供一種新的手段。同時(shí)，該工作也為功能化表面，如可控、可逆“開(kāi)關(guān)”表面的研究提供了一種新的思路。 (4) 采用SPR傳感器作為檢測(cè)手段，利用納米金顆粒的荷電性發(fā)展了一種識(shí)別單堿基錯(cuò)配能力的方法。由于單堿基錯(cuò)配DNA(smDNA)可與DNA探針進(jìn)行部分雜交，引起信號(hào)變化，從而干擾cDNA的檢測(cè)以及出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。本部分工作發(fā)展了一種利用納米金顆粒輔助的電洗脫方法，既可除去smDNA雜交引起的信號(hào)變化，又可確保cDNA雜交引起的信號(hào)

7、基本不變。該方法簡(jiǎn)便易行，所需探針設(shè)計(jì)及制備方便，成本低，易于普及，不但為識(shí)別單堿基錯(cuò)配DNA提供了一種新的手段，而且為構(gòu)建高選擇性的生物傳感器提供了一種新的思路。 (5) 將納米金顆粒催化增長(zhǎng)與電洗脫方法相結(jié)合，構(gòu)建了高靈敏、高選擇性的DNA傳感器。本部分工作首先考察了金膜荷負(fù)電時(shí)(PAH/PSS)<,3>層的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在一定的電位范圍內(nèi)，電洗脫對(duì)(PAH/PSS)<,3>修飾的金膜沒(méi)有影響。在此基礎(chǔ)上，引入納米金顆粒催化增