新型表面等離子體共振DNA傳感技術的研究.pdf

1、核酸是解釋多種生命現(xiàn)象的關鍵，已成為生命科學最重要的研究領域之一。DNA傳感技術通過固定化的已知序列的探針和目標DNA分子雜交，并將雜交的過程和結果以光、電等易于測量的物理信號表達出來，從而獲取目標DNA分子的濃度、序列等信息，具有快速、靈敏、操作簡單、無污染等特點，是DNA研究的重要手段，廣泛應用于突變檢測、基因篩選、基因診斷、藥物的研制與開發(fā)等領域。并且隨著相關研究的日益深入，對DNA傳感技術在靈敏度、選擇性、數據通量、微型化、智能

2、化等方面提出了越來越高的要求。 本文首先對幾種常見的DNA傳感技術的原理、應用及其發(fā)展趨勢進行了簡要的綜述，然后重點以表面等離子體共振(SPR)傳感技術作為研究手段，循著DNA傳感技術的發(fā)展方向，開展了以下工作： (1) 引入納米金顆粒催化增長技術，構建了高靈敏的SPR DNA傳感器。納米金顆粒催化增長是一種有效的提高靈敏度的技術，但是顆粒增長過程中會有金屬沉積在金膜表面而引起背景升高。為解決這一問題，在金膜表面真空濺射

3、了一層25 nm厚的SiO<,2>薄膜。該傳感器可檢測低至4.8 pM的cDNA，與SPR傳感器直接檢測(金膜表面鍍有SiO<,2>)相比，其檢測下限降低了250倍。本研究工作發(fā)展的方法具有通用性，可擴展到其他采用金屬基底的分析方法中。 (2) 結合自組裝多層膜修飾技術和納米金顆粒催化增長技術，構建了高靈敏的SPR DNA傳感器。本部分工作發(fā)現(xiàn)，通過層層自組裝技術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。該傳感器的檢測下限為1.8 pM cDNA，與SPR傳感器直接檢測(金膜表面修飾有自組裝多層膜)相比，其檢測下限降低了約56倍。本研究工作中膜的制備簡單、不需要昂貴的儀器設備和專業(yè)技術人員，也可以進一步擴展應用于其他采用金基底的分析方法中。 (3)利用SPR技術研究了固定化DNA單層的電致開關行為。設計了一種由金膜與氧化銦錫導電玻璃組成的類電容式流通池，以避免電場對金膜本身的SPR光

5、譜的影響。利用該流通池研究了電場對固定化DNA探針的作用。由結果可推測，金膜所帶電荷的性質可使固定化DNA探針“平躺”或“直立”在金膜表面，且電場調控下的固定化DNA探針的取向變化與電場強度和DNA探針的表面覆蓋率密切相關。通過研究不同狀態(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：DNA探針呈“直立”狀態(tài)時有利于雜交，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，該工作也為功能化表面，如可控、可逆“開關”表面的研究提供了一種新的思路。 (4) 采用SPR傳感器作為檢測手段，利用納米金顆粒的荷電性發(fā)展了一種識別單堿基錯配能力的方法。由于單堿基錯配DNA(smDNA)可與DNA探針進行部分雜交，引起信號變化，從而干擾cDNA的檢測以及出現(xiàn)假陽性結果。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雜交引起的信號變化，又可確保cDNA雜交引起的信號

7、基本不變。該方法簡便易行，所需探針設計及制備方便，成本低，易于普及，不但為識別單堿基錯配DNA提供了一種新的手段，而且為構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與電洗脫方法相結合，構建了高靈敏、高選擇性的DNA傳感器。本部分工作首先考察了金膜荷負電時(PAH/PSS)<,3>層的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在一定的電位范圍內，電洗脫對(PAH/PSS)<,3>修飾的金膜沒有影響。在此基礎上，引入納米金顆粒催化增