納米金顆粒分子邏輯門的構(gòu)建及其分析應(yīng)用.pdf

1、分子邏輯器件具有尺寸小、存儲(chǔ)量大、便于設(shè)計(jì)、反應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn),是21世紀(jì)化學(xué)、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(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、小尺寸和表面效應(yīng)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(dú)特的價(jià)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(lái)被認(rèn)為是構(gòu)建生物納米器件的理想材料。本論文瞄準(zhǔn)這一前沿領(lǐng)域,以AuNPs作為載體,結(jié)合距離依賴性的增強(qiáng)/猝滅熒光效應(yīng)和D

2、NA分子探針的特異性識(shí)別作用,開展了以下工作:
　　 一、基于DNA“分子標(biāo)尺”對(duì)納米金顆粒距離依賴性的增強(qiáng)/猝滅熒光的研究
　　 以雙鏈DNA作為“分子標(biāo)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(qiáng)度的變化,系統(tǒng)研究了AuNPs距離依賴性的增強(qiáng)/猝滅熒光。結(jié)果表明:染料分子和AuNPs相距0個(gè)堿基時(shí),熒光猝滅效果最為

3、明顯;相距30個(gè)堿基時(shí),熒光增強(qiáng)效果最為顯著;相距50個(gè)堿基時(shí),熒光強(qiáng)度變化不大。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AuNPs的熒光增強(qiáng)/猝滅效應(yīng)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(chǎng)增強(qiáng)和熒光分子到納米顆粒表面無(wú)輻射能量轉(zhuǎn)移過(guò)程的競(jìng)爭(zhēng)所致。該工作有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)AuNPs對(duì)熒光分子的熒光增強(qiáng)/猝滅效應(yīng)的機(jī)理,對(duì)相關(guān)分析方法的建立和納米器件的構(gòu)建具有參考價(jià)值。
　　 二、基于納米金顆粒增強(qiáng)/猝滅熒光效應(yīng)的多目標(biāo)

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

5、的檢測(cè)。本工作將AuNPs對(duì)熒光分子的距離依賴性作用應(yīng)用到邏輯門的構(gòu)建中,進(jìn)一步拓展了AuNPs在邏輯門構(gòu)建中應(yīng)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(xué)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(jìn)行了單顆粒成像,對(duì)目標(biāo)物作用下單個(gè)顆粒熒光強(qiáng)度的變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,單顆粒水平與溶液均相