分子手性調(diào)控核酸自組裝及其生物傳感應(yīng)用.pdf

1、手性是自然界的基本屬性之一，構(gòu)成生命體的生物大分子大多是以手性小分子為基元構(gòu)成的。因此，生命體內(nèi)的絕大多數(shù)生理和生物行為都與分子手性息息相關(guān)。為了探索生命體內(nèi)手性選擇性的奧秘，揭示自然界中手性現(xiàn)象的本質(zhì)，本論文將生物大分子的自身屬性——手性與自然界的普遍現(xiàn)象——核酸自組裝有機結(jié)合，研究分子手性對核酸自組裝的調(diào)控作用，并應(yīng)用于生物傳感器中，探索分子手性對特定目標(biāo)分子檢測性能的調(diào)控(包括檢測限、靈敏度和線性范圍等)，為開發(fā)新型納米生物材料和

2、器件開啟新的方向，并為臨床疾病的早期診斷提供新的思路。本論文的主要內(nèi)容包括四個方面：
　　(1)以巰基和亞甲基藍修飾的DNA為模型分子，探討其在N-異丁?；?D(L)-半胱氨酸(NIBC)修飾的金表面的組裝行為，由于L-NIBC修飾表面對DNA有更強的吸附作用導(dǎo)致亞甲基藍離金表面距離更近，所以其在L-表面的峰電流比對應(yīng)的D-表面的峰電流大。進一步地，在手性表面引入與模型分子互補的核酸分子，通過方波伏安法(SWV)、石英晶體微天平(

3、QCM)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等手段研究了表面手性對DNA雜交效率的調(diào)控作用。結(jié)果表明D-表面的雜交效率比L-表面的雜交效率高，并實現(xiàn)了分子手性對靈敏度的調(diào)控。此外，將該體系引入到復(fù)雜基質(zhì)中，以滿足復(fù)雜生物樣品測試的需求，為臨床診斷、基因治療及相關(guān)領(lǐng)域研究提供幫助，并有助于更深層次理解自然界中手性現(xiàn)象的本質(zhì)。
　　(2)將具有信號放大機制的“三明治”結(jié)構(gòu)DNA與手性分子有機結(jié)合，以電化學(xué)生物傳感器為平臺，探索分子手性對“傳統(tǒng)三明

4、治”和“超級三明治”結(jié)構(gòu)DNA檢測效率的調(diào)控作用。結(jié)果表明，D-NIBC構(gòu)筑的“超級三明治”結(jié)構(gòu)DNA的檢測效率比L-NIBC構(gòu)筑的“超級三明治”結(jié)構(gòu)DNA的檢測效率更強，檢測限相差2個數(shù)量級。該體系通過“超級三明治”結(jié)構(gòu)DNA不僅放大了分子手性對雜交效率的調(diào)控能力，而且不同手性分子修飾的“超級三明治”結(jié)構(gòu)對“傳統(tǒng)三明治”結(jié)構(gòu)檢測核酸時的信號放大能力差異顯著，即使在復(fù)雜生物體系中檢測效率的差異仍然存在。證明了手性有望成為核酸雜交調(diào)控的新

5、手段，并為進一步揭示生命體手性選擇性的奧秘開啟新的方向。
　　(3)研究了分子手性誘導(dǎo)的DNA探針用于超靈敏單核苷酸多態(tài)性(SNP)分析。在檢測完全互補靶分子時，L-色氨酸孵育的傳感器比對應(yīng)的D-色氨酸孵育傳感器的檢測效率低，且二者檢測效率的差異較大；而在檢測單堿基錯配靶分子時二者檢測效率的差異不顯著。利用手性傳感器檢測效率差異的不同，實現(xiàn)了高靈敏的SNP分析，SNP檢測的區(qū)分因子中值為7.21。此外，我們還通過“超級三明治”結(jié)構(gòu)

6、進一步提升了特異性，區(qū)分因子的中值增加到38.71，“超級三明治”結(jié)構(gòu)不僅改善了靈敏度，還提高了特異性。手性是生命體系中最重要的生化屬性之一，因此該成果將有助于發(fā)展新的生物器件，并對復(fù)雜體系中的臨床診斷提供新的方法和思路。
　　(4)利用堿基錯配的原理設(shè)計了不同親和力的雙鏈探針，并調(diào)控了ATP適配體傳感器的線性范圍。通過共組裝不同親和力的雙標(biāo)記雙鏈探針，成功實現(xiàn)了線性范圍的同步拓寬，線性范圍對應(yīng)靶分子濃度跨度從81倍增加到6400