功能核酸液晶-液相生物傳感器檢測小分子物質(zhì)的研究.pdf

1、液晶是物質(zhì)介于晶體和液體之間的一種物質(zhì)形態(tài)，液晶兼具液體的流動性以及晶體的各向異性。自20世紀(jì)60年代以來，液晶作為一類特殊的光電敏感材料，已被廣泛應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域中，對社會發(fā)展和日常生活產(chǎn)生了非常重要的影響。近年來，因其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)也逐漸在生物分析、醫(yī)療診斷、儀器分析等領(lǐng)域也有了一定的應(yīng)用。液晶被作為信號轉(zhuǎn)換媒介開啟了液晶生物傳感技術(shù)的大門，液晶生物傳感器以生物活性材料為識別元件，在液晶對偏振光具有雙折射性的特性的基礎(chǔ)上，監(jiān)

2、測液晶取向變化，得到相關(guān)光學(xué)信號的新型傳感器，構(gòu)造簡單，易于觀察，光學(xué)圖像變化能提供豐富的信息，適合生物分子的高速高通量檢測。目前對于液晶生物傳感器的研究以及應(yīng)用尚處于初級階段，其中熱致液晶分子中的向列相液晶算是比較成功的一類液晶材料。液晶生物傳感器主要利用液晶分子的排列取向易受到外界微小的理化性質(zhì)及界面形貌變化所影響的特性，基于生物分子識別或催化反應(yīng)而建立的低耗、簡便、高靈敏的生物傳感器。結(jié)合液晶生物傳感器的特點(diǎn)和功能核酸的優(yōu)勢，本文

3、通過在液晶-液相界面構(gòu)建DNA生物傳感器實(shí)現(xiàn)了對金屬離子Ag+和半胱氨酸的檢測研究，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了相關(guān)液晶邏輯門實(shí)現(xiàn)對多目標(biāo)分析物的智能識別。
　　(1)基于功能核酸構(gòu)建了針對金屬離子Ag+的液晶-溶液界面生物傳感器。針對無摻雜表面活性劑的液晶-水相傳感界面?zhèn)鞲袡C(jī)制尚不是特別清楚這一問題，考察了包括離子濃度和pH等方面的緩沖液環(huán)境，構(gòu)建合理的液晶光學(xué)池;已知核酸分子的磷酸骨架富含負(fù)電荷，是一類特殊的聚陰離子電解質(zhì)，在核酸分子

4、的構(gòu)象變化可以導(dǎo)致界面負(fù)電荷分布和密度的改變以及可以導(dǎo)致界面電場結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合界面空間構(gòu)型和界面電場效應(yīng)的變化可以誘導(dǎo)液晶分子排列取向發(fā)生重排的原理，成功構(gòu)建了一種信號增強(qiáng)的液晶-水相生物傳感方法對金屬離子Ag+進(jìn)行檢測分析。剛性雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙鏈DNA(dsDNA)可以幫助界面雙電層結(jié)構(gòu)的形成，誘導(dǎo)液晶分子垂直取向排列;自由卷曲的單鏈DNA(ssDNA)在液晶-液相界面處于游離狀態(tài)，界面負(fù)電荷分布無規(guī)律，不能形成有序的電場結(jié)

5、構(gòu)，液晶分子傾斜取向排列。利用具有特異性和穩(wěn)定性的C-Ag+-C的結(jié)構(gòu)，可以改變界面的核酸適體的構(gòu)象，界面空間構(gòu)型的改變和電場分布的改變可以誘導(dǎo)液晶分子的排列取向發(fā)生改變，從而使得其光學(xué)圖像信號發(fā)生變化。該液晶-液相界面?zhèn)鞲蟹椒ê唵?，低耗、快速，給發(fā)展新型快速的小分子物質(zhì)傳感分析方法提供新的研究思路。
　　(2)基于功能核酸結(jié)合小分子構(gòu)建了針對半胱氨酸(Cys)的液晶-液相界面生物傳感器，并且發(fā)展了針對多目標(biāo)分析物體系的液晶生物邏

6、輯門?；诤怂徇m體的構(gòu)象變化可改變液晶-液相界面的電場分布和強(qiáng)度，繼而可誘導(dǎo)液晶分子重排這一原理，構(gòu)建檢測Cys的液晶-液相界面生物傳感器;此外，以富C堿基dsDNA的構(gòu)象變化為分子邏輯開關(guān)，Ag+和Cys為輸入信號，液晶的光學(xué)響應(yīng)為輸出信號，構(gòu)建對重金屬離子Ag+和Cys進(jìn)行智能識別和檢測的液晶生物邏輯門，這是一種操作簡單、試劑用量少、響應(yīng)快速、高通量的針對多目標(biāo)分析物的智能分析方法;最后利用H2O2可以氧化半胱氨酸，使得半胱氨酸失去