DNA四面体结构纳米材料及其应用

基于DNA纳米技术自组装的DNA四面体纳米材料,由于结构稳定、机械性能优越、分子修饰位点丰富等特点,逐渐成为DNA纳米材料领域的研究热点。此外,该DNA四面体纳米材料只需一步热变性即可自组装形成,具有合成方法简单、产率高的优点。可通过不同的设计,利用自组装方法将功能分子修饰在DNA四面体的顶点处,包裹在其笼状孔隙结构内,镶嵌或悬挂在双螺旋的边上,甚至通过引入发卡环结构等方式智能控制其结构变化。本文综述了DNA四面体结构纳米材料的设计和自组装原理、功能化修饰方法和结构的智能化,同时介绍了DNA四面体纳米材料在分子诊断、生物成像、分子输送和靶向给药等方面的应用研究,并探讨了此类纳米材料在今后应用研究中应关注的方面。     

碳纳米管的功能化研究进展

综述了碳纳米管功能化的一些最新研究进展,重点介绍了一些功能化方法、功能化碳纳米管的性能表征及应用前景。文献49篇。     

上转换纳米材料的合成与功能化及其在食品安全检测中的应用研究进展

上转换纳米材料(Upconversion nanoparticles, UCNPs)可通过多光子吸收过程将低能激发光转化为高能发射光。UCNPs具有独特的光学特性,包括反斯托克斯位移大、在生物组织中的穿透力强、耐光漂白、背景荧光值小、化学稳定性良好和毒性低等,因此受到广泛关注,为传感检测、生物成像以及生物分析等领域中的分析检测提供了多种可能,推动了荧光标记探针的发展。本文对UCNPs的合成和功能化策略进行了总结,综述了近年来UCNPs在食品安全检测中的研究和应用进展,并讨论了目前UCNPs的合成和应用中面临的机遇与挑战。     

基于DNA的细胞膜功能化

细胞膜在细胞与外界环境间的物质运输、能量转换和信息传递等过程中起着重要作用,研究和控制细胞膜上的分子的相互作用,对理解和操控细胞的生理功能具有重要意义。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)分子具有精确自组装和可编程的特性,是一种研究生物膜分子相互作用的新工具。本综述中,我们概括了DNA分子修饰细胞膜的方法,随后介绍了基于DNA分子的监测、控制细胞膜分子相互作用的工作以及DNA分子介导细胞连接的研究,并分析了上述研究的局限性。最后,我们对基于DNA的细胞膜功能化研究进行总结与展望,以期促进对细胞膜功能的新认识,获得控制细胞功能的新方法。     

血清对细胞摄取DNA四面体纳米结构行为的影响

研究了细胞培养基中的胎牛血清(FBS)对DNA四面体(Tetrahedral DNA nanostructure,TDNs)进入HeLa细胞的速度和内吞途径的影响.采用自组装技术得到荧光标记的TDNs结构,利用HPLC技术分离得到纯度>95%的TDNs单体,分别采用流式细胞术和共聚焦显微成像等技术比较了在有无血清的情况下,细胞摄取量随时间的变化以及FBS对TDNs摄取途径的影响.实验结果表明,TDNs在培养基和细胞裂解液环境中可以稳定存在12 h以上,培养基中的FBS能够提高HeLa细胞对四面体的摄取量, 但并未改变TDNs进入HeLa细胞的内吞途径.本研究揭示了环境中蛋白质等生物分子对于DNA四面体结构与细胞界面相互作用的影响,为基于DNA纳米材料的细胞学纳米载体的设计和优化提供了新思路.     

基于生物功能化纳米DNA探针及其传感策略

随着人类基因组计划的完成和功能基因研究的深入,基因诊断已成为分子生物学和生物医学的重要研究领域。DNA生物传感器作为一种利用核酸碱基配对原则进行识别,能对基因片段实现持续、快速、灵敏和选择性检测的新方法,近年来发展非常迅速。纳米材料由于具有独特物理化学性质、良好的生物相容性、优越的机械性能及表面易于生物功能化等特点,被广泛应用到生物分析之中。各种各样组成、尺寸、维度及形状的纳米材料如量子点、贵金属纳米材料、碳纳米材料等被可控地修饰上不同的生物分子,用于发展特殊性质的纳米探针,构建DNA生物传感器,实现对DNA片段高灵敏及高特异性的检测。     

细胞膜锚定DNA四面体传感器实时监测外泌体的分泌

外泌体是细胞主动分泌的一种纳米级双层膜结构的小囊泡,能够直接反映分泌细胞的生理和功能状态,进行细胞间的物质运输和信息通讯,并参与多种生理及病理过程.本文针对细胞分泌外泌体的动态过程,以DNA四面体为基础,结合细胞膜修饰技术和荧光成像技术,构建了一种易操作、高稳定性的细胞膜表面DNA四面体传感器,应用于不同细胞类型分泌外泌体的实时监测. DNA四面体传感器通过脚支链与疏水性胆固醇探针的杂交互补作用锚定于细胞膜表面,利用四跨膜蛋白CD63核酸适配体序列特异性捕获细胞膜表面释放的外泌体,通过监测细胞膜表面荧光的变化,实时测定外泌体的分泌情况.     

DNA折纸术研究进展

DNA折纸术是近年来提出的一种全新的DNA自组装的方法,是DNA纳米技术与DNA自组装领域的一个重大进展。与传统的DNA自组装技术不同,DNA折纸术通过将一条长的DNA单链（通常为基因组DNA）与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补,能够可控地构造出高度复杂的纳米图案或结构,在新兴的纳米领域中具有广泛的潜在应用。本文在介绍DNA折纸术相关原理的基础上,就DNA折纸术的起源、发展及其在DNA芯片、纳米元件与材料等领域的潜在应用进行了概述,探讨了DNA折纸术未来可能的发展方向。     

功能化纳米金放大的DNA电化学传感器研究

研究了DNA夹心杂交和直接杂交体系,将功能化纳米金引入到标记有生物素的杂交双链上,制成具有电化学活性和纳米金放大作用的DNA电化学传感器,采用循环伏安法测试.在夹心杂交体系中,靶点DNA浓度与阳极峰电流关系曲线的相对标准偏差为3.0%～13.0%,在浓度为6.9×10^-3～0.14nmol/L范围内得到良好的线性关系,检测限达到2.0×10^-3nmol/L,实现了对单碱基突变的高灵敏检测和序列识别.直接杂交检测限为2.5×10^-4mol/L,分别在2.5×10^-4～5.0×10^-3nmol/L和5.0×10^-3～10nmol/L范围内得到峰电量与浓度的良好线性关系.并比较这两种体系.     

功能化磁性纳米材料在样品前处理中的应用研究进展

随着分析化学所面临的样品性质的复杂程度越来越高,被检测物质的浓度要求越来越低,在色谱及质谱分析前进行准确、高效的样品前处理过程就显得尤为重要。磁性固相萃取法由于其合成方法简单、易于分离、萃取效率高等优点,被认为是一种高效的样品预处理方法。Fe₃O₄磁性纳米材料由于分离速度快,分散性、生物相容性好等特点,近年来被广泛用于分离分析等各个领域。为了提高Fe₃O₄磁性纳米材料的物理和化学的稳定性,使其具备更高效的吸附分离能力,需要对其进行功能化的修饰。本文综述了近年来由碳基纳米材料、分子印迹聚合物、离子液体、硼酸亲和配体、金属有机骨架、共价有机骨架、量子点、金属氧化物等功能化磁性纳米材料的制备及其在生物、环境污染物、食品样品等样品前处理中的应用,并对这一领域发展进行了展望。     

功能化磁性纳米材料在糖蛋白及糖肽富集中的研究进展

蛋白质糖基化作为最重要的翻译后修饰之一,在生物体诸如细胞信号转导、蛋白质翻译调控、免疫应答等诸多生命过程中发挥重要作用。此外,蛋白质的异常糖基化还与肿瘤等疾病的发生发展密切相关,这为以糖蛋白为目标的疾病生物标志物的发现提供了可能。尽管质谱已经成为糖蛋白质组学的重要分析工具,但糖肽的低丰度和低电离效率使得其直接质谱分析仍面临挑战。在糖蛋白质组学研究中,从复杂的生物样品中富集糖蛋白和糖肽是重要的环节。磁性固相萃取(MSPE)是一种操作简单、成本低和萃取效率高的样品预处理方法。在磁性固相萃取中,磁性吸附剂是影响萃取效果的关键,将功能化磁性纳米材料作为吸附剂进行糖蛋白质组学研究已经得到广泛应用。该文综述了糖分子、离子液体、凝集素、硼酸亲和配体、金属有机框架、共价有机骨架等功能化磁性纳米材料的制备及其在糖蛋白及糖肽富集中的应用。上述功能化磁性纳米材料具有高比表面积、大量作用位点等特点,其富集机理包括亲水相互作用色谱、凝集素亲和作用色谱、硼酸化学法和肼化学法等,主要应用于血清、血浆、细胞、组织、唾液等样品的糖蛋白和糖肽的富集。该文引用了近十年来发表的约90篇源于科学引文索引(SCI)与中文核心期刊的相关论文,并于文末对磁性纳米材料在糖蛋白和糖肽富集领域的发展趋势进行了展望。     

DNA纳米技术研究进展

DNA不只是遗传物质,还能通过折叠形成特定的二维、三维结构,作为一种天然纳米材料可参与各种功能结构和纳米器件的构造。DNA纳米技术从被提出到现在的三十多年间,得到了飞速发展,被应用于众多领域,对纳米科学产生了重大影响。本文将主要从三种典型的DNA纳米结构和DNA纳米技术的应用两个方面进行综述,并对DNA纳米技术的前景进行展望。     

基于DNA四面体的微流控芯片用于致病性大肠杆菌O157∶H7的检测

设计了一种微流控芯片,在其通道表面修饰DNA四面体,并通过生物素-链霉亲和素反应连接适配体作为捕获探针,用于大肠杆菌O157∶H7(Escherichia coli O157∶H7,E.coli O157∶H7)的检测研究。微流控芯片鱼骨形结构的设计降低了细菌捕获时受到的剪切力;在其表面修饰DNA四面体,可进一步调节探针之间的距离,提高探针对细菌的识别效率。琼脂糖凝胶电泳表征结果证实了DNA四面体纳米结构的成功制备和DNA四面体-适配体捕获体系的构建。采用荧光显微镜对检测结果进行进一步成像分析,并将此微流控芯片检测平台用于实际样品的检测。结果表明,不需要大型仪器或设备及其它信号放大技术的辅助,在普通光学显微镜下,利用此检测系统即能实现浓度为10 CFU/mL的E.coli O157∶H7的检测,且操作简便,检测耗时少于2 h。实际样品的检测回收率为88.3%～108.3%。本研究基于DNA四面体纳米结构构建的微流控平台,不仅为食源性致病菌的检测提供了一种有效的检测方法,在其它食品安全隐患、疾病早期诊断等研究领域也具有潜在应用价值。     

功能化纳米金增强的DNA电化学检测和序列分析

用冠以大量二茂铁的纳米金微粒 /抗生蛋白链菌素结合物为标记物 ,将其标记于生物素修饰的寡聚核苷酸片段上 ,制成了具有电化学活性和纳米金放大作用的DNA电化学生物传感器 .首先采用巯基DNA和巯基烷烃混合自组装膜制备了金修饰电极 ,将探针DNA分子固定在了电极表面 ,运用杂交原则结合靶点分子在电极表面形成了双螺旋的DNA链 ,然后借助抗生蛋白链菌素和生物素之间的强亲和作用 ,引入了功能化的纳米金 .通过伏安法测定了修饰在纳米金上的二茂铁的氧化还原电流 ,可以识别和测定溶液中互补的靶点DNA ,17 mer靶点DNA的浓度在 0 .0 0 1～ 10nmol/L范围内有线性关系 ,检测限可达 0 .75× 10 -12 mol/L .     

磁性纳米材料的化学合成、功能化及其生物医学应用

从纳米材料的生长动力学模型出发,讨论磁性纳米材料的控制合成原理。总结磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化及其在核磁共振成像和多模式影像等方面的应用研究最新进展。     

纳米材料应用于DNA检测领域的研究进展

本文主要评述了近年来纳米材料在除了PCR领域以外的DNA检测方面的研究进展.对以纳米材料(纳米粒子、纳米纤维、纳米线、纳米管)为单元,或以纳米器件的制备为实验方法而开展的DNA检测方面的工作进行了介绍.研究表明,基于纳米材料的DNA检测法,无论是在定位、可视化还是多重检测等方面都比传统PCR技术的检测方法表现出其自身的...     

功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集中的应用

蛋白质磷酸化是最重要和最普遍的翻译后修饰之一。基于质谱的技术已成为分析蛋白质磷酸化的重要手段。然而,磷酸化肽固有的低丰度和电离效率以及由非磷酸化肽共存引起的严重抑制使得直接质谱分析仍然是一个挑战。为解决此问题,需在质谱分析前对磷酸化蛋白质进行选择性富集。磁性纳米材料具有良好的磁响应性,可以在外界磁铁的帮助下实现与溶液的迅速分离。功能化磁性纳米材料作为一种新型的分析技术已在蛋白质组学研究中得到广泛的应用。该文就近年来对磁性纳米粒子进行各种功能化修饰以提高其特异性吸附能力的吸附材料在磷酸化肽的富集方面的应用予以综述,并展望了功能化磁性纳米材料在磷酸化肽富集领域的应用前景。     

基于DNA四面体纳米结构探针的电化学生物传感器检测DNA甲基化

该文以DNA四面体纳米结构探针(TSP)为捕获探针,将辣根过氧化物酶标记的IgG抗体结合在纳米金颗粒表面(AuNPs-IgG-HRP)作为信号分子,构建了一种新型DNA甲基化电化学传感器。利用一步热变性法组装成TSP后,通过Au—S键固定在修饰纳米金颗粒的金电极表面,经过靶标DNA杂交、5-甲基胞嘧啶(5-mc)抗体及AuNPs-IgG-HRP结合后,用差分脉冲伏安法(DPV)进行检测。采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对修饰电极的构建过程进行电化学表征。探究了杂交时间、5-mc抗体浓度、IgG-HRP加入体积、氢醌(HQ)和过氧化氢(H₂O₂)浓度对传感器的影响。在最佳条件下,该传感器对甲基化DNA的线性响应范围为1.0×10^-15～1.0×10^-10 mol/L,检出限(S/N=3)为4.4×10^-16 mol/L。该传感器具有良好的选择性和稳定性,为DNA甲基化检测提供了新方法。