纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用

纳米技术的快速发展和广泛应用前景,引起了人们对纳米生物效应和安全性问题的普遍关注。为保证纳米技术的健康持续发展,纳米颗粒与生物体的相互作用以及产生的生物学效应不容忽视。为充分了解纳米颗粒物产生的生物学效应,阐明纳米颗粒如何进入生物体以及与生物体相互作用的分子过程至关重要。在总结国内外相关研究的基础上,本文介绍了纳米颗粒进入机体的主要途径,并系统综述了纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用及其表征方法,以及纳米颗粒与蛋白质相互作用对蛋白质结构功能和纳米颗粒生物效应的影响。     

锁核酸分子信标在分子识别与生物分析中的应用

分子信标是一种荧光探针,闭合时呈发夹结构。其5'末端修饰荧光基团,3'末端修饰猝灭基团。当目标存在时,环部与目标结合,发夹打开,发出荧光。锁核酸是一类双环状寡核苷酸衍生物,能够遵循碱基互补配对原则与核酸结合。锁核酸分子信标技术,结合了分子信标无需分离未结合探针而直接检测的优势和锁核酸亲合力强、热稳定性好、抗酶切以及体内无毒等特点,在核酸检测方面具有灵敏度高、特异性好的独特优势,近年来得到广泛关注。本文介绍了锁核酸修饰分子信标的结构、功能、设计要点,及其研究现状和一些重要进展,并讨论了目前锁核酸分子信标在分子识别及生物分析中的应用及存在的问题和发展前景。     

分子信标技术

分子信标是一种高灵敏度、高特异性的新型荧光核酸探针。它在与互补DNA／RNA靶序列杂交时放出荧光。本文结合本实验室的研究,从分子信标的结构、性质、应用及发展等进行了介绍。     

基于分子信标荧光纳米探针的李斯特菌DNA均相检测方法

基于分子信标(MB)识别和荧光纳米粒子探针技术,建立了均相体系中李斯特菌目标DNA的高灵敏检测新方法.首先以羊抗人免疫球蛋白(IgG)标记的异硫氰酸荧光素(FITC)为核材料,成功制备了FITC-IgG@SiO2核壳荧光纳米粒子,有效防止了传统方法中采用单一FITC制备纳米颗粒时泄露严重的问题.随后以FITC-IgG@SiO2荧光纳米粒子和纳米金分别标记单核细胞增生李斯特菌序列特异性分子信标探针5'端和3'端,成功构建了单核细胞增生李斯特菌序列特异性分子信标荧光纳米探针.在实验优化条件下,α(令α=F/F0,F代表MB和目标DNA杂交以后的荧光强度,F0代表MB完全闭合时的荧光强度)与目标DNA浓度在1～200pmol/L浓度范围内呈良好的线性关系,检出下限为0.3pmol/L,相对标准偏差为2.6%(50pmol/L,n=11).将该方法应用于食品样品中单核细胞增生李斯特菌的检测,结果与国标法一致.     

基于锁核酸的高选择性新型分子信标

通过在分子信标的错配位点修饰锁核酸, 不仅可有效地改善其单碱基错配识别能力, 还可提高检测灵敏度. 因而有望发展成为一种通用的提高分子信标单碱基错配识别能力的方法.     

双链荧光核酸适体探针用于蛋白质的简便快速检测

发展了一种基于双链荧光核酸适体(F-Aptamer)探针的简单快速检测蛋白质的分析方法.该双链荧光Aptamer探针由一条带荧光标记的Aptamer探针和带猝灭标记的互补DNA组成,当靶蛋白存在时,能形成比双链荧光Aptamer探针更稳定的F-Aptamer/蛋白质复合物,并发出荧光,从而实现对蛋白质的简便快速检测,检测线性范围为6~100 nmol/L,检出限为6 nmol/L.该方法设计简单,对核酸适体分子的大小和空间结构没有要求,可作为一种通用的基于F-Aptamer识别机理的蛋白质检测方法.     

基于分子信标实时监测大肠杆菌DNA连接酶催化的DNA连接过程

报道了一种对DNA连接过程进行实时监测的方法,利用分子信标核酸探针作为DNA连接反应的模板和检测探针,实时监测了 E.coli DNA连接酶催化的DNA连接反应,克服了传统的凝胶电泳技术操作复杂、周期长及无法实时监测DNA连接过程的缺点,为核酸连接过程的实时监测和连接酶催化机理的研究提供了更为丰富的信息.在此基础上,发展了一种快速、准确测定 E.coli DNA连接酶的方法,线性响应范围为4.0×10^-6～2.0×10^-4U/μL,检测下限为4.0×10^-6U/μL.     

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。     

信号肽功能化二氧化硅纳米颗粒的线粒体靶向作用研究

以N-(p-Maleimidophenyl)isocyanate(PMPI)为交联剂, 将线粒体信号肽分子共价修饰到二氧化硅荧光纳米颗粒表面, 构建线粒体信号肽功能化二氧化硅荧光纳米颗粒. 采用荧光分光光度计、Zeta电位仪以及透射电子显微镜对修饰前后的二氧化硅纳米颗粒进行了表征. 结果表明, 信号肽可被成功修饰在纳米颗粒表面, 并且纳米颗粒粒径在信号肽分子修饰前后没有发生明显变化. 以分离纯化的细胞核作为对照, 采用流式细胞术考察了信号肽功能化二氧化硅荧光纳米颗粒与分离纯化后的线粒体的相互作用. 结果表明, 线粒体信号肽修饰到二氧化硅纳米颗粒表面后依然保持良好的生物活性, 能够介导二氧化硅纳米颗粒特异性识别及结合分离纯化的线粒体, 从而为线粒体监测及其功能调控研究提供了新的思路.     

一种新型荧光探针--分子信标的研究及应用进展

分子信标是一种基于荧光能量转移原理而设计的发夹型寡聚核酸荧光探针。它通过与核酸等靶分子相互作用后发生构象的变化而产生荧光信号,对靶分子的检测具有灵敏度高、选择性强、适合于活体实时检测等优点。目前已广泛应用于生物化学分析、生物医学研究和环境监测等各领域。本文对分子信标的设计原理及其研究和应用进展进行了综述。     

金纳米颗粒可视化传感器在生物分子分析中的研究进展

基于金纳米颗粒的可视化传感器具有灵敏度高、选择性好、肉眼可见、无需大型仪器等优点,是一种具有应用潜力的分析检测方法。生物分子分析检测与人体健康息息相关。本文综述了近几年基于金纳米颗粒的可视化传感器在生物分子分析中的应用研究。     

分子印迹聚合物功能化二氧化硅纳米颗粒的合成及其分离识别马兜铃酸

马兜铃酸是马兜铃科植物中含有硝基菲羧酸基团的一类物质,被广泛应用于各种疾病的治疗,研究表明含有马兜铃酸的植物或植物衍生产品对人体有害,需要监测药物中马兜铃酸的存在。分子印迹聚合物对目标物的高亲和力使其特别适合作为吸附剂从混合物中去除和识别目标物。以SiO₂胶体纳米颗粒为基底,利用表面分子印迹的方法合成了核-壳结构SiO₂表面印迹纳米颗粒(SiO₂@MIP NPs)。采用紫外可见光谱研究了模板分子马兜铃酸Ⅰ和功能单体丙烯酸、甲基丙烯酸、2-乙烯基吡啶、丙烯酰胺及甲基丙烯酰胺的作用,发现2-乙烯基吡啶与马兜铃酸Ⅰ的作用最强,被选为制备印迹聚合物的单体。采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪、氮气吸附比表面分析仪对分子印迹聚合物进行了表征。TEM显示印迹纳米颗粒的粒径在270 nm左右,分子印迹层的厚度为35 nm,有利于模板分子的传输。TEM、FT-IR和热重分析仪的结果均证明实验成功合成了分子印迹聚合物。实验进一步研究了印迹聚合物SiO₂@MIP NPs和非印迹聚合物SiO₂@NIP NPs的吸附性能,并结合SiO₂@MIP NPs和SiO₂@NIP NPs的比表面积和孔径测定数据,发现SiO₂@MIP NPs表面的印迹位点是导致二者吸附差异的主要原因。SiO₂@MIP NPs和SiO₂@NIP NPs的动力学吸附表明SiO₂@MIP NPs具有快的吸附平衡时间(120 s),而且SiO₂@MIP NPs的吸附行为符合Langmuir单分子层吸附。SiO₂@MIP NPs的选择性通过印迹因子(IF)和选择性系数(SC)来评价。实验结果表明,SiO₂@MIP NPs具有高的印迹因子(4.9),对模板结构类似物有较好的选择性,选择系数为2.3~6.6。最后将制备的SiO₂@MIP NPs作为吸附剂用于加标中药样品川木通的预处理,用HPLC进行分析测定,方法的回收率为73%~83%,实验结果显示SiO₂@MIP NPs可作为高选择性材料用于中药中马兜铃酸的选择性分离分析。     

功能化核酸适体的筛选及分子识别应用

核酸适体是从寡核苷酸文库中筛选获得的一段单链寡核苷酸. 由于能与多种靶标分子高特异性结合, 核酸适体已发展成为一种新兴的分子识别工具, 广泛应用于生物医学等领域. 天然核酸文库有限的化学组成限制了核酸适体的结构和功能, 进而限制了其在分子识别中的应用. 功能化核酸适体通过引入特定的化学官能团使核酸序列具有更丰富的构象和功能, 增强其分子识别能力. 然而, 功能化核酸很难与核酸扩增方法兼容, 因而难以使用传统筛选方法进行功能化核酸的筛选. 因此, 优化筛选方法对于获得具有优异性能的功能化核酸适体至关重要. 本综述总结了功能化核酸适体的筛选方法, 并介绍了其作为分子识别工具在生物医学领域中的应用.     

纳米孔生物分子检测研究

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术,广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。基因测序的费用、灵敏度和精度是该检测技术的发展中亟待解决的主要问题,而开发新型的纳米孔材料则是解决这些问题的关键手段。本文从纳米孔材料的选择和设计角度出发,综述了三种不同的纳米孔,即蛋白质等生物纳米孔、固态纳米孔和新型二维材料纳米孔在生物分子检测方面的应用现状,并比较了生物纳米孔与固态纳米孔的差别。本文也重点阐述了二维材料纳米孔在生物分子检测中的实验和模拟研究进展。最后,对纳米孔检测技术的发展前景进行了展望。     

纳米结构蛋白质分子印迹聚合物的研究进展

在生物技术和生命科学等领域常依赖抗体的特异识别作用来实现目标蛋白质的分离、分析和检测。以蛋白质为模板的分子印迹聚合物有望取代这些昂贵的抗体,但交联聚合物网络中大分子的传质限制是蛋白质分子印迹研究中面临的一个重要问题。纳米结构的蛋白质印迹材料具有较高的表面积与体积比及较浅的印迹位点,很大程度上可克服这一问题。本文详细介绍各种纳米蛋白质印迹聚合物的制备方法,分析各自的优势和不足,并简要介绍其应用。     

基于磁性纳米颗粒和金纳米粒子构建DNA电化学生物传感技术

本文构建了一种基于纳米粒子、茎环DNA和丝网印刷电极(SPCE)的电化学生物传感技术用于乳腺癌基因的快速、灵敏检测。该传感技术中,探针DNA的两端分别标记了巯基和生物素,巯基用于与金纳米粒子(AuNPs)作用,生物素用于与磁性纳米颗粒(MNPs)表面修饰的链酶亲和素作用以达到富集的目的,之后利用SPCE进行电化学检测。无目标DNA存在时,双标记DNA保持茎环结构,使得生物素分子很难和MNPs上的亲和素接触。一旦加入目标DNA,茎环结构打开,生物素得以与MNPs上的链霉亲和素发生特异性结合,形成的复合物(MNPs-DNA-AuNPs)通过磁性富集到SPCE表面,从而获得AuNPs的电化学信号。该DNA电化学生物传感对单碱基错配有良好的分辨能力,完全互补DNA的检出限为8.0×10-13 mol/L。     

DNA功能化纳米金用于生物小分子检测

纳米金是金的微小颗粒,在水溶液中以胶体金的形态存在。胶体金的颜色会随着其粒径及表面修饰差异而发生变化,这种颜色变化可通过肉眼观察;同时,这种改变会产生强烈的光散射或光吸收信号。基于这种信号而建立的纳米金比色检测法,已被广泛用于生物分子(如核酸、蛋白质、多糖甚至是细胞)的检测。DNA功能化纳米生物传感器是利用核酸碱基配对原则进行识别,能实现特定基因片段的持续、快速、灵敏和选择性检测。本文结合最近十年的研究现状,主要论述了DNA功能化纳米金用于比色检测法的原理及用于核酸、蛋白质和部分生物小分子的检测,并评述了其中的挑战和前景。     

DNA功能化纳米金用于生物小分子检测

纳米金是金的微小颗粒,在水溶液中以胶体金的形态存在。胶体金的颜色会随着其粒径及表面修饰差异而发生变化,这种颜色变化可通过肉眼观察;同时,这种改变会产生强烈的光散射或光吸收信号。基于这种信号而建立的纳米金比色检测法,已被广泛用于生物分子(如核酸、蛋白质、多糖甚至是细胞)的检测。DNA功能化纳米生物传感器是利用核酸碱基配对原则进行识别,能实现特定基因片段的持续、快速、灵敏和选择性检测。本文结合最近十年的研究现状,主要论述了DNA功能化纳米金用于比色检测法的原理及用于核酸、蛋白质和部分生物小分子的检测,并评述了其中的挑战和前景。     

基于分子信标探针RT-qPCR快速检测坚果中的霉菌EI北大核心CSCD

霉菌污染是坚果质检不合格的主要原因,实现其快速检测对于坚果行业发展具有重要意义。曲霉属、青霉属和镰刀菌属是坚果霉菌污染的主要污染菌群,根据其内转录间隔区(ITS)基因序列设计引物及3对特异性分子信标探针,建立了一种同时检测坚果中曲霉属、青霉属和镰刀菌属的多重实时荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)检测方法。通过对qPCR反应体系进行优化,得到良好的扩增曲线和标准曲线,该方法的检出限分别为:曲霉属2.5×10^(-2)ng/mL(约741 CFU/g),青霉属8.7×10^(-3)ng/mL(约500 CFU/g),镰刀菌属5.6×10^(-3)ng/mL(约454 CFU/g)。本研究为坚果中霉菌的检测提供了一种快速准确的方法,相对于国标检测方法需要耗时7 d,本方法用于检测坚果中的霉菌,用时仅为3 d。