固相纳米孔对核酸组装的“免标记、均相”表征和应用探索

随着核酸自组装领域的飞速发展,除了作为遗传信息的载体外,核酸成为了一种具有高操作自由度和无限可能性的功能材料.基于核酸自组装原理的DNA纳米技术凭借其强大的可编辑性已经广泛应用于生物传感、纳米材料工程、医学诊疗以及分子计算机等领域.纳米孔作为一种新兴的单分子分析技术具有高分辨、高通量、免标记等特点,近年来在基因测序、分子物理化学性质分析等领域展示出了极大的应用潜力.作为一种新型高分辨表征技术,纳米孔已经在DNA纳米技术研究中崭露头角,被用于原位追踪和分析核酸分子的自组装行为.另一方面,DNA纳米技术也为纳米孔传感所面临的技术瓶颈提供了更多样化的解决思路,如借助功能核酸(Aptamer或DNAzyme)和无酶扩增核酸分子线路实现纳米孔对待测物的特异性增敏检测.本专论旨在通过对近期纳米孔技术与核酸自组装的跨领域研究成果进行系统性回顾,总结并展望纳米孔传感领域内核酸自组装的研究进展,以期为单分子生物分析、信息检索、基因分型和临床诊断等领域提供新思路和新方法.     

马来酸氟伏沙明-D3的合成

以4-苄氧基-1-丁醇（2）为起始原料,氘代碘甲烷为氘代试剂,经氘代甲基化、氢化脱苄、溴化、格氏反应、戴斯-马丁氧化、缩合、取代、成盐等反应,以51.7%总收率合成了稳定同位素标记的马来酸氟伏沙明-D₃（1）。该合成方法原料易得、操作简单、重现性好。目标化合物的结构经核磁共振和高分辨质谱确认,可用于药代动力学研究     

18F标记吲哚苯醌衍生物分子探针的合成及正电子发射型计算机断层显像

基于2-苯基萘型结构,以2-甲基吲哚和四氯苯醌、1-二甲基胺-2-丙炔和碘甲基硼酸频哪醇酯分别作为起始底物,经5步反应合成了一种吲哚苯醌类分子探针的前体。其结构经¹H NMR, ¹³C NMR和HR-MS(ESI)表征。对该前体进行放射性标记,再经高效液相色谱分析纯化,最后将探针注入小鼠体内进行正电子发射型计算机断层显像（PET）。结果表明：探针分子进入小鼠体内后,在膀胱、胆和肠道聚集,随后经肠道和膀胱代谢排出体外。     

稳定同位素氘标记D_6-结晶紫的合成及表征

以D4-甲醇为原料,通过酯化、N-甲基化、缩合等过程合成得到稳定同位素标记D6-结晶紫,利用均匀设计法,研究了投料比、三氯氧磷用量、反应温度和反应时间对合成结晶紫的影响。实验数据通过多元回归分析,得出了优化的工艺条件。目标产物的结构经质谱(MS)、核磁(NMR)和高效液相色谱(HPLC)等表征,化学纯度高于98.0%,同位素丰度高于99.5%(atom D),可作为食品安全领域检测用同位素内标试剂。     

金属标记结合高效液相色谱-选择离子监测质谱的蛋白质绝对定量新方法

建立了金属标记结合高效液相色谱-选择性离子监测质谱(SIM)的蛋白质绝对定量新方法。实验考察了金属标记效率、金属标记的稳定性、标记后肽段的色谱保留和质谱行为、新定量方法的线性范围和准确度。实验结果表明金属标记具有标记效率高,稳定性好,色谱保留行为一致等优点。另外,金属标记-选择离子监测质谱绝对定量方法灵敏度高,其定量限低至1 fmol,线性范围为1~500 fmol,线性范围内R2值大于0.99,具有良好的线性关系;经过测量,标准肽段的回收率为117.01%,说明该方法具有较高的准确度。将该方法应用于腾冲嗜热菌中烯醇酶蛋白的定量分析,相对标准偏差为5.47%,表明该方法的精密度高。以上结果表明该方法可以用于生物样本中的蛋白质的绝对定量分析,为比较简单的生物样本中蛋白质的绝对定量方法提供了一种新的选择。     

非标记凝血酶阵列电化学适体传感器的研究

基于自制的集成化三阵列金膜电极,构建了一个简单、灵敏、非标记的凝血酶阵列电化学适体传感器。以聚乙烯不干胶掩膜版法结合金属溅射沉积技术,在FR-4玻璃纤维板上制作了由3个金膜工作电极、1个大面积金膜对电极和1个厚膜Ag/AgCl参比电极构成的集成化金膜阵列电极系统。以集成化金膜阵列电极作为基础电极,采用巯基自组装技术将带巯基的凝血酶适体固定在3个金工作电极表面,巯基己醇封闭后获得三阵列凝血酶适体传感器,以电活性物质铁氰化钾作为电化学探针,基于凝血酶适体和凝血酶结合前后铁氰化钾在电极表面传质的不同导致电流变化进行凝血酶的测定。采用方波脉冲伏安法,铁氰化钾氧化峰电流的变化值与凝血酶浓度在 1.52~63 nmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)为0.92 nmol/L。     

基于石墨烯和金纳米笼修饰的无标记型微囊藻毒素免疫传感器的研制

利用石墨烯及中空结构的金纳米笼构建了无标记型电化学免疫传感器,并用于微囊藻毒素的检测。利用多元醇还原法合成制备了导电性好、催化性强、生物相容性好的金纳米笼;再利用高分散的石墨烯将其固定于玻碳电极表面,进一步吸附固定微囊藻毒素抗体。在无微囊藻毒素存在时,电化学探针[Fe(CN)6]3!/4!在传感器界面上能获得较高的电流响应信号。当培育了微囊藻毒素后,抗体与微囊藻毒素形成免疫结合物,增加了电极表面的电荷密度和传质阻力,阻碍[Fe(CN)6]3!/4!扩散到电极表面,导致[Fe(CN)6]3!/4!的电流响应信号明显降低,电流减小的程度间接地与微囊藻毒素的浓度成比例,可实现对微囊藻毒素的检测。实验考察了抗原培育时间,抗体浓度等条件对该传感器响应性能的影响。结果表明,此传感器对微囊藻毒素的线性响应范围为0.05~1000μg/L,检出限为0.017μg/L,优于文献报道。此传感器操作简单,并且具有良好的稳定性,将其用于实际水样中微囊藻毒素的检测,平均加标回收率为94.1%。     

用EM算法改进鸟枪法蛋白质鉴定中的无标记定量方法

蛋白质定量是探索疾病发生发展状况和寻找新药靶标的重要手段。在shotgun蛋白组学中,目前常用定量方法包括综合同位素标记后的质谱峰强度方法和无标记定量方法。根据数据类型无标记定量方法可以分为两类:基于鉴定蛋白的质谱数的方法和基于质谱峰强度的方法。本研究主要用EM算法改进基于鉴定蛋白质谱数的定量方法,并用免疫印迹实验获得的酵母全蛋白的丰度来验证EM算法改进后定量的有效性结果表明,改进后的质谱数和蛋白丰度的相关性比改进前有一定的提高。同时,利用这些数据对主要的几种基于鉴定蛋白的质谱数的模型进行了比较,发现PAI模型最好,SpS模型次之,emPAI模型最不适合于蛋白质定量。     

蛋白质荧光标记中协同效应的高效液相色谱

以牛血清白蛋白和胰岛素为研究对象, 经1,5-I-AEDANS衍生后, 采用高效液相色谱(HPLC)进行分离分析, 发现两者的衍生存在明显的协同作用.     

用光波导光模光谱技术研究DNA-DNA结合蛋白相互作用

探讨了应用光波导光模光谱(Optical waveguide lightmode spectroscopy,OWLS)技术研究DNA-DNA结合蛋白相互作用的可行性和灵敏性。以固定在传感器芯片表面的DNA探针为捕捉分子,溶液中同时含有探针结合序列和NF—κB结合位点序列的寡核苷酸与NF-κB亚单位p50同源二聚体形成的DNA-蛋白质复合物为检测分子,用光波导光模光谱检测技术建立非标记DNA-DNA结合蛋白相互作用检测研究体系。利用这一体系对不同样品中NF-κB p50浓度和具不同NF-κB结合位点序列的寡核苷酸与NF-κB p50亲合和力进行检测。样品中低至0．33 nmol/1的NF-κB p50被光波导光模光谱检测出,不同的NF-κB结合序列与NF-κB p50亲合力有显著的差异。研究发现,光波导光模光谱技术可以用于DNA-DNA结合蛋白相互作用研究,所建立的非标记检测研究体系可以进行样品中结合蛋白含量高灵敏检测和核酸序列与结合蛋白的亲合力的检测研究。