納米金顆粒分子邏輯門的構(gòu)建及其分析應用.pdf

1、分子邏輯器件具有尺寸小、存儲量大、便于設(shè)計、反應速度快等諸多優(yōu)點,是21世紀化學、生物和材料等最為重要的交叉領(lǐng)域之一。納米金顆粒(AuNPs)以其獨特的光學性質(zhì)、小尺寸和表面效應以及優(yōu)良的生物親和性,在納米器件、生物傳感等領(lǐng)域顯示了獨特的價值。DNA分子由于具有可編程的序列特異性、豐富的構(gòu)象變化及特殊的生物活性,近年來被認為是構(gòu)建生物納米器件的理想材料。本論文瞄準這一前沿領(lǐng)域,以AuNPs作為載體,結(jié)合距離依賴性的增強/猝滅熒光效應和D

2、NA分子探針的特異性識別作用,開展了以下工作:
　　 一、基于DNA“分子標尺”對納米金顆粒距離依賴性的增強/猝滅熒光的研究
　　 以雙鏈DNA作為“分子標尺”,在每條DNA的不同位置處修飾染料分子四甲基羅丹明(TMR)或熒光素(FAM),考察染料分子修飾的DNA鏈和AuNPs修飾的DNA鏈雜交后熒光強度的變化,系統(tǒng)研究了AuNPs距離依賴性的增強/猝滅熒光。結(jié)果表明:染料分子和AuNPs相距0個堿基時,熒光猝滅效果最為

3、明顯;相距30個堿基時,熒光增強效果最為顯著;相距50個堿基時,熒光強度變化不大。進一步實驗發(fā)現(xiàn)AuNPs的熒光增強/猝滅效應與染料類型和AuNPs的尺寸相關(guān)。這可能是由于不同尺寸的AuNPs局域電磁場增強和熒光分子到納米顆粒表面無輻射能量轉(zhuǎn)移過程的競爭所致。該工作有助于進一步認識AuNPs對熒光分子的熒光增強/猝滅效應的機理,對相關(guān)分析方法的建立和納米器件的構(gòu)建具有參考價值。
　　 二、基于納米金顆粒增強/猝滅熒光效應的多目標

4、物檢測及其邏輯門操作
　　 基于AuNPs對熒光分子距離依賴性的增強/猝滅熒光效應,將標記FAM的腺苷核酸適體(Aptamer)和分子信標(MB)分別修飾在AuNPs表面,通過目標物引起的DNA探針的構(gòu)型變化,利用熒光信號“ON-OFF"和"OFF-ON”兩種模式實現(xiàn)了腺苷和cDNA的檢測,檢測下限分別達到6.4μM和0.5nM。在此基礎(chǔ)上將腺苷Aptamer和MB同時標記到AuNPs表面,通過XOR型邏輯門的操作實現(xiàn)了多目標物

5、的檢測。本工作將AuNPs對熒光分子的距離依賴性作用應用到邏輯門的構(gòu)建中,進一步拓展了AuNPs在邏輯門構(gòu)建中應用。
　　 三、單顆粒水平XOR型邏輯門納米器件的構(gòu)建
　　 在前一部分工作的基礎(chǔ)上,將FAM染料更換為Cy5,利用AuNPs距離依賴性的光學性能和DNA探針的構(gòu)型變化構(gòu)建了XOR型邏輯門。采用全內(nèi)反射熒光顯微鏡進行了單顆粒成像,對目標物作用下單個顆粒熒光強度的變化進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明,單顆粒水平與溶液均相