基于纳米金生物传感探针的金属离子及生物活性分子的SERS分析方法研究

论文摘要

随着人类社会生活水平的提高,重金属体内富集、重大疾病等成为威胁人类生命健康的重要因素。预防重金属离子中毒,实现重大疾病的早期诊断和预后治疗成为一项跨时代的重大挑战。本工作将金纳米颗粒与表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）相结合,构建了高灵敏、高特异性的新型纳米金生物传感探针,实现了对体内外重金属离子以及肿瘤标志物microRNA（miRNA）的检测,并进一步对肿瘤细胞中的miRNA进行荧光和拉曼的捕获成像。构建了双输入单输出的逻辑门平台,实现沉默基因的输出和治疗。本论文包括下面三个部分:（1）结合微流控技术与表面增强拉曼技术,我们设计了一种基于DNA酶的SERS纳米金生物传感探针用于定量检测样品中的铅、铜离子,构建了新型SERS-微流控平台实现了对重金属离子的痕量检测。该方法采用微流控的微通道和微电极作为体系的反应容器,减少了试剂用量,缩短了反应时间。生物条码探针导致的高背景信号可通过磁珠（MBs）作为载体进行磁分离去除,从而实现了双重金属离子的高灵敏检测。该方法操作简单、快速,灵敏度高且具有良好的选择性,在重金属离子检测领域具有广阔的应用前景。（2）设计了一种基于信号绝对值耦合的荧光-拉曼双光谱信号放大策略和检测方法。方案中我们构建了一个三螺旋结构的双信标闪烁探针（DSTP）,荧光与SERS相结合,实现了探针的原位示踪和活细胞内miRNA的双光谱实时成像;并且利用SERS信号绝对值耦合的方法对均相溶液和细胞内miRNA进行定量检测,降低了背景干扰,提高了灵敏度。该策略为活体和活细胞中低水平生物标志物的高灵敏检测和成像分析提供了一个简单有效的传感平台。（3）利用DNA结构互变性质,我们设计了靶引发的摆动式DNA纳米探针,构建了由两种miRNAs作为输入的细胞成像逻辑门,可携带沉默基因进入细胞实现癌症的沉默治疗。该方法制备了一个基于摆动式DNA纳米机器的纳米复合物探针,将其孵育进细胞,目标miRNAs启动DNA纳米机器,进而促发一系列链置换反应,实现基因的沉默治疗。本工作将细胞内miRNA作为输入信号,实现了细胞成像逻辑门的输出和细胞内沉默基因运送,构建了多功能化的DNA逻辑门传感平台,为疾病早期诊断和预后治疗提供了新方法和新技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
•   1.1 肿瘤及其标志物
•     1.1.1 肿瘤简介
•     1.1.2 肿瘤标志物
•     1.1.3 肿瘤标志物—miRNAs
•     1.1.4 肿瘤标志物的检测及应用
•       1.1.4.1 量子点在生物标志物检测中的应用
•       1.1.4.2 金纳米材料在生物标志物检测中的应用
•   1.2 重金属离子
•     1.2.1 重金属离子的危害
•     1.2.2 重金属离子的检测
•   1.3 表面增强拉曼散射（SERS）
•     1.3.1 SERS简介
•     1.3.2 SERS热点
•     1.3.3 纳米材料与SERS应用
•       1.3.3.1 纳米材料
•       1.3.3.2 纳米材料在SERS中的应用
•   1.4 微流控技术及应用
•     1.4.1 微流控技术简介
•     1.4.2 微流控技术的应用
•   1.5 荧光成像与SERS成像
•   1.6 本工作的意义及研究内容
• 2+、Cu²⁺'>第二章 基于DNA酶的二次信号放大方法用于SERS高灵敏检测Pb²⁺、Cu²⁺
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 试剂
•     2.2.2 仪器
•     2.2.3 缓冲液的配制
•     2.2.4 金胶（AuNPs）的制备
•     2.2.5 微流控设备的组建
•     2.2.6 AuNP功能化拉曼探针的制备
•     2.2.7 DNAs（发卡H1、H2及A1、CA2）在磁珠上的固定
•     2.2.8 DNA酶-MBs复合物的制备
• 2+、Cu²⁺的检测'>    2.2.9 HCR信号放大用于Pb²⁺、Cu²⁺的检测
•     2.2.10 SERS检测
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 实验原理
•     2.3.2 AuNPs的TEM表征
•     2.3.3 探针的UV-vis表征
•     2.3.4 优化实验
•       2.3.4.1 反应温度及p H优化
•       2.3.4.2 反应时间优化
• 2+、Cu²⁺'>    2.3.5 SERS-微流控系统检测Pb²⁺、Cu²⁺
•     2.3.6 SERS-微流控系统的特异性
• 2+、Cu²⁺的加标回收检测'>    2.3.7 实际样品Pb²⁺、Cu²⁺的加标回收检测
•   2.4 小结
• 第三章 基于互反信号绝对值耦合的双信标闪烁探针用于单细胞内miRNA的荧光-SERS双光谱成像及检测
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 试剂
•     3.2.2 仪器
•     3.2.3 缓冲液（PBS）的配制
•     3.2.4 金胶（AuNPs）的制备
•     3.2.5 DSTP探针的制备
•     3.2.6 细胞培养和裂解液的制备
•     3.2.7 均相溶液中miR-203的检测
•     3.2.8 DSTPs和溶酶体探针的细胞摄取
•     3.2.9 单个活细胞的SERS成像
•     3.2.10 单个活细胞的荧光显微镜分析
•     3.2.11 对比实验
•     3.2.12 PAGE凝胶电泳
•     3.2.13 MTT试验
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 实验原理
•     3.3.2 AuNPs的TEM表征
•     3.3.3 DSTP的UV-vis表征
•     3.3.4 PAGE凝胶电泳
•     3.3.5 优化实验
•       3.3.5.1 反应温度及pH优化
•       3.3.5.2 反应时间优化
•     3.3.6 体外miR-203的SERS定量检测
•     3.3.7 特异性研究
•     3.3.8 DSTP的可再生性和稳定性验证
•     3.3.9 活细胞的荧光-SERS成像分析
•     3.3.10 MCF-7细胞中miR-203的定量分析
•   3.4 小结
• 第四章 基于荧光-SERS的逻辑平台用于细胞内基因的沉默治疗
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 试剂
•     4.2.2 仪器
•     4.2.3 缓冲液和金胶的制备
•     4.2.4 逻辑门复合探针的构建
•     4.2.5 双目标SERS检测
•     4.2.6 细胞培养
•     4.2.7 复合探针的细胞摄取
•     4.2.8 MCF-7细胞的荧光显微镜分析
•     4.2.9 PAGE凝胶电泳
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 实验原理
•     4.3.2 AuNPs的TEM表征
•     4.3.3 逻辑门复合探针的UV-vis表征
•     4.3.4 优化实验
•       4.3.4.1 反应温度及pH优化
•       4.3.4.2 反应时间优化
•     4.3.5 逻辑门的凝胶电泳表征
•     4.3.6 逻辑门的SERS表征
•     4.3.7 AND门的荧光成像分析
•   4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张娜

导师: 叶素娟

关键词: 金属离子,纳米金生物传感探针,表面增强拉曼散射,逻辑门

来源: 青岛科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,医药卫生科技

专业: 生物学,化学,生物医学工程

单位: 青岛科技大学

分类号: O657.3;R318

总页数: 97

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