芯片表面DNA分子機器的構(gòu)建與單堿基突變的檢測.pdf

1、單核苷酸多態(tài)性(SNPs)，是指基因組DNA上某一個特定核苷酸位置上的單個堿基引起的變異，包括插入、刪除和堿基錯配。SNPs與人類遺傳病密切相關(guān)，對早期診斷，藥物響應(yīng)測試，疾病預(yù)防，和特定遺傳疾病的治療至關(guān)重要，因此SNPs研究已成為遺傳病學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)研究的重點和熱點。因此，發(fā)明一種簡單，省時和高靈敏度的基因多樣性檢測的方法是非常有有價值和必要的。在此，我們提出了一種新穎的基于toehold協(xié)助下的表面增強鏈替換反應(yīng)來實現(xiàn)單堿基突變檢測

2、的方法，整合界面檢測和溶液檢測的優(yōu)勢，首次將雙鏈DNA“toehold交換探針”接枝到芯片表面，利用雙偏振干涉技術(shù)(DPI)，借助toehold協(xié)助下的DNA鏈替換反應(yīng)原理實現(xiàn)了在芯片表面實時定量的研究單堿基突變的進程，實現(xiàn)單堿基突變在芯片表面的檢測的過程。不僅實現(xiàn)了DNA全序列不同位點以及不同突變類型（插入、刪除、錯配）的突變檢測，而且克服了溶液中正確的DNA目標鏈替換效率低的缺點，大幅度提高了正確的DNA目標鏈的替換效率（達到86.

3、1％）同時又能很好的抑制有突變的DNA目標鏈的替換效率（約14％），大大提高了單堿基檢測信號，可實現(xiàn)目標鏈濃度從0.8nM到1μM的單堿基突變檢測，檢測限為0.8nM。同時，我們設(shè)計了一種簡單實用的DNA微陣列芯片，借助普通熒光顯微鏡，在玻璃芯片表面實現(xiàn)了高通量的單堿基突變檢測。
　　同時，DNA是一種多才多藝的極其優(yōu)秀功能材料，可以構(gòu)建具有特殊功能的納米結(jié)構(gòu)和納米器件。我們采用基于微流控的DNA微陣列技術(shù)，設(shè)計了新型的正交型微流

4、DNA微陣列芯片來實現(xiàn)DNA分子機器在芯片表面上的運行?；贒NA鏈替換反應(yīng)原理以催化鏈catalyst和熒光報告鏈FAM-reporter兩種單鏈DNA為燃料，構(gòu)建兩種DNA分子機器，分別為DNA信號放大傳感器分子機器和DNA邏輯門分子機器。通過兩步的toehold協(xié)助下的DNA鏈替換反應(yīng)，一方面構(gòu)建了熒光信號放大的DNA信號放大傳感器;另一方面，利用正交型微流DNA微陣列成功的在芯片表面構(gòu)建了一個新型的“AND”邏輯門。
　　

5、最后，微流控技術(shù)是一種精確控制和操縱微升級（或納升級）液體在亞微米結(jié)構(gòu)的微通道中流動技術(shù)。我們設(shè)計了新型流動聚焦型微流控芯片。流體在微流通道中形成剪切流場（低雷諾數(shù)）。不同于宏觀體系，在剪切力和表面張力的競爭作用下，產(chǎn)生的液滴在微尺度下的微流通道中形成特殊的排列現(xiàn)象---周期性類似‘晶格’排列現(xiàn)象。重點關(guān)注在微流體系中液滴周期性圖案化排列和轉(zhuǎn)變機理性的分析和研究。我們研究了液滴排列模式的兩方面影響因素:水油兩相的流速比值（流體流速影響）

6、和微通道尺寸（幾何結(jié)構(gòu)影響）。當微通道寬度為250μm或300μm時，液滴形成單層分散，雙層和單層擠壓排列。最重要的是，當微通道寬度為350μm時，液滴會形成單層分散到三層排列到雙層擠壓最后到單層擠壓排列。當出口通道寬度增加到400μm時，甚至出現(xiàn)了液滴四層排列的現(xiàn)象。于此同時，還仔細研究了各個液滴排列模式的“轉(zhuǎn)變點”和“過渡區(qū)”。我們的結(jié)果為乳化實驗提供了一個詳細的策略來精確控制液滴大小和液滴模式，為合成分散或多分散的膠體粒子提供了理