核酸—金属纳米粒子在细胞成像分析中的研究

论文摘要

纳米材料由于其独特的性质,在各个领域已经引起了人们的关注。其中,贵金属纳米粒子因其良好的物理化学性质和生物相容性在生化传感、生物成像和生物监测等方面得到广泛开发和利用。利用局部表面等离子共振效应、量子尺寸效应和贵金属纳米粒子的表面特征,结合高灵敏度的暗场成像技术,对于细胞内生物过程的分析和检测有极其重要的意义,对相关疾病的发现、诊断和治疗都提供了很好的思路,也表明该方向在分析化学领域有巨大的研究前景。基于此,本论文对金纳米颗粒进行了不对称修饰,构建了一系列稳定的、性能良好的定向修饰探针,并对其特性和在生物分子中的应用进行了探究,主要研究内容如下:1.基于活化等离子体金纳米粒子二聚体对细胞表面铜离子HER2蛋白的暗场原位成像分析:将AuNPs单体作为探针,在修饰后和目标结合,将会形成具有更高散射效率的可见等离子体二聚体。AuNPs二聚体是在水溶液中通过Cu+催化叠氮化物和炔烃分别改性的AuNPs之间的点击反应形成的。将Au1-N3和Au2-C≡C注入样品后,构建了大鼠血浆细胞中铜离子的暗场原位成像。为了对生物分子进行特异性检测,我们构建了DNA1/Au1-N3探针和Anti-HER2/Au2-C≡C探针,通过暗场成像对细胞上的HER2蛋白进行检测。Anti-HER2修饰的Au2-C≡C可以特异性识别HER2蛋白,在靶蛋白上形成有效的LSPR区。通过控制滚圈扩增（RCA）产物与HER2蛋白特异性适配体的表达区匹配,DNA1/Au1-N3与RCA产物杂交,并且通过点击反应与Anti-HER2/Au2-C≡C连接,从而得到了一种高效的可见等离子体聚合物。2.基于四嗪/反式环辛烯环加成反应AuNPs聚合物对目标物的定量可视化测试和细胞内的暗场原位成像:为了特异性识别ATP,选择设计的DNA1（含有ATP适体序列）作为捕获探针附着在磁珠（MB）上。MB/DNA1/DNA2/Au1-（E）cyclooctene探针（MB/Au1）由DNA1/DNA2杂交构成。同时,这些MB/Au1结构形成空间位阻,以避免Au1上的-（E）cyclooctene与Au3上的-N4之间的接触。DNA1与ATP结合后,DNA2/Au1-（E）cyclooctene从MB/Au1探针中释放出来,可与Au3-N4探针反应生成AuNPs聚合物,导致AuNPs彼此接近并且颜色从粉红色变为灰色以进行视觉量化。通过该策略,通过使用暗场显微镜,AuNPs的散射点颜色从绿色（AuNPs monmer）变为橙红色（AuNPs polymer）。该策略将广泛用于生物成像和分析中纳米粒子的鉴定和测定。3.基于可生物降解的MnO2纳米片的DNA酶的再循环扩增——灵敏检测细胞内微小RNA:构建了一种多功能细胞信号放大方法,将可生物降解的MnO2纳米片与靶触发的DNA酶循环扩增整合在一个纳米系统中,设计用于活细胞中microRNA的高度特异性和灵敏的成像分析。总之,本文将纳米材料和成像技术结合起来将分析检测研究放到纳米尺度上进行,能够实现活体内生物分子的灵敏性和特异性检测,这对今后癌症的发现和治疗有重要意义,为以后的研究提供理论基础和方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 纳米材料概述
•     1.1.1 金纳米颗粒
•     1.1.2 金纳米颗粒的性质
•   1.2 等离子散射的影响因素
•     1.2.1 尺寸的影响
•     1.2.2 形状的影响
•     1.2.3 粒子间距的影响
•     1.2.4 溶剂的影响
•   1.3 金纳米颗粒的应用
•   1.4 暗场显微镜
•   1.5 本论文的研究意义
•   参考文献
• 第二章 基于活化等离子体金纳米粒子二聚体用于细胞表面HER2蛋白的暗场原位成像
•   2.1 引言
•   2.2 实验试剂与仪器
•     2.2.1 材料与试剂
•     2.2.2 仪器
•   2.3 实验部分
•     2.3.1 制备PEG-AuNPs
• 1-N₃'>    2.3.2 制备Au₁-N₃
• 1-N₃'>    2.3.3 制备DNA1/Au₁-N₃
• 2-C≡C'>    2.3.4 制备Au₂-C≡C
• 2-C≡C'>    2.3.5 制备Anti-HER2/Au₂-C≡C
•     2.3.6 细胞培养
• 2+'>    2.3.7 暗场成像（DFM）检测溶液中的Cu²⁺
• +'>    2.3.8 DFM检测细胞中的Cu⁺
• +的浓度'>    2.3.9 DFM检测细胞内滚环复制（RCA）后Cu⁺的浓度
•     2.3.10 DFM检测细胞上的人表皮生长因子受体蛋白（HER2）
•   2.4 结果与讨论
•     2.4.1 实验原理
•     2.4.2 探针的性质
• +反应的特异性'>    2.4.3 Cu⁺反应的特异性
• 2+与探针之间孵育时间的优化'>    2.4.4 Cu²⁺与探针之间孵育时间的优化
• 2+'>    2.4.5 检测大鼠血清中Cu²⁺
•     2.4.6 RCA的DFM成像
• 2+浓度的优化'>    2.4.7 Cu²⁺浓度的优化
•     2.4.8 细胞的DFM成像
•   2.5 结论
•   参考文献
• 第三章 基于四嗪/反式环辛烯环加成反应AuNPs聚合物对目标物的定量可视化测试和细胞内的暗场原位成像
•   3.1 引言
•   3.2 实验试剂与设备
•     3.2.1 材料和试剂
•     3.2.2 仪器
•   3.3 实验部分
•     3.3.1 PEG-AuNPs的制备
• 1-（E）cyclooctene的制备'>    3.3.2 Au₁-（E）cyclooctene的制备
• 2-N₄的制备'>    3.3.3 Au₂-N₄的制备
• 1-（E）cyclooctene的制备'>    3.3.4 DNA2/Au₁-（E）cyclooctene的制备
• 3-N₄的制备'>    3.3.5 Au₃-N₄的制备
•     3.3.6 检测ATP
•     3.3.7 细胞培养
•     3.3.8 细胞的暗场成像（DFM）
•   3.4 结果和讨论
•     3.4.1 二聚体形成原理
•     3.4.2 探针的性质
• 1-（E）cyclooctene和Au₂-N₄反应时间的优化'>    3.4.3 Au₁-（E）cyclooctene和Au₂-N₄反应时间的优化
•     3.4.4 探针反应的特异性
•     3.4.5 AuNPs二聚体的表征
•     3.4.6 基于AuNPs聚合物检测ATP的机理
•     3.4.7 AuNPs聚合物的表征
•     3.4.8 用于ATP视觉检测的AuNPs聚合物
•     3.4.9 细胞内ATP暗场原位成像
•   3.5 结论
•   参考文献
• 2纳米片的DNA酶的再循环扩增：灵敏检测细胞内微小RNA'>第四章 基于可生物降解的MnO₂纳米片的DNA酶的再循环扩增：灵敏检测细胞内微小RNA
•   4.1 引言
•   4.2 实验试剂与仪器
•     4.2.1 材料与试剂
•     4.2.2 仪器
•   4.3 实验部分
• 2纳米片和MnO₂-DNA配合物的合成'>    4.3.1 MnO₂纳米片和MnO₂-DNA配合物的合成
• 2-DNAzyme扩增检测miRNA'>    4.3.2 体外MnO₂-DNAzyme扩增检测miRNA
•     4.3.3 细胞的培养和制备
•   4.4 结果与讨论
•     4.4.1 实验原理
•     4.4.2 实验结果分析
•   4.5 结论
•   参考文献
• 攻读硕士期间论文发表情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘斐

导师: 张书圣,郭英姝,李向玲

关键词: 纳米材料,探针,金纳米颗粒,生物成像

来源: 山东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 山东师范大学

分类号: Q2-33;O657.3

总页数: 71

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