發(fā)布時間：2018-07-06 09:16

  本文選題：生物傳感器 + 表面增強拉曼散射　； 參考：《湖南大學》2016年博士論文

【摘要】：生物傳感技術因其高靈敏度、高選擇性、快速的響應速度和較低的檢測成本等優(yōu)點,近年來廣受關注,生物傳感新技術的研究進展,極大的推動了生物醫(yī)學和分析化學的發(fā)展,在臨床檢測、醫(yī)學診斷和藥物篩選中具有廣闊的應用前景。此外,納米材料的發(fā)展對包括催化學、信息技術、光子學、能量學、生物學和醫(yī)學眾多領域產(chǎn)生了重大影響,引起人們對納米技術的濃厚興趣。納米技術在生物學的應用尤其展現(xiàn)了巨大的潛力。通過使用基于納米材料的工具用于研究、診斷和治療技術,納米生物技術有望帶給生物學和生物醫(yī)學革命性的發(fā)展。近年來,科學家們在發(fā)展多種多樣的納米材料和納米制造技術方面取得了巨大進步,大大促進了納米生物技術的發(fā)展。功能化的納米材料以其獨特的光學、電學和機械特性,為研究復雜的生物學過程提供了創(chuàng)新性的思路,解決了很多用傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的問題。納米材料與生物傳感器的結合,極大地推動了納米科學、生命科學和生物醫(yī)學等領域的快速發(fā)展。本論文結合功能核酸分子探針和納米材料的優(yōu)勢,建立了一些生物傳感新方法用于霍亂毒素、microRNA表達水平、次氯酸鹽和溫度、小分子的分析與測定,并實現(xiàn)了對癌癥的診療和成像。具體內(nèi)容如下:霍亂是因攝入的食物或水受到霍亂弧菌污染而引起的一種急性腹瀉性傳染病,具有全球威脅性,尤其是在那些缺乏安全的飲用水供給和衛(wèi)生系統(tǒng)不完善的國家和地區(qū)。臨床表明,霍亂主要是由霍亂弧菌分泌的霍亂毒素(CT)引起的,因此,霍亂毒素的早期檢測對于預防由霍亂引起的死亡和爆發(fā)是至關重要的。第2章中,我們設計了一種新穎的等離子體耦合增強拉曼散射法-PCERS,用于高靈敏的、單步、均相檢測霍亂毒素。該方法是基于我們設計的等離子體納米粒子,該納米粒子被磷脂雙分子層包裹,并嵌入了拉曼染料和霍亂毒素的結合配體單唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂(GM1)。該方法無需任何特別修飾或者化學組裝,只需兩步簡單組裝即實現(xiàn)了簡單合成等離子納米粒子。在納米等離子體表面嵌入GM1使得該納米粒子具有高親和性、高特異性和多個CT結合位點。獨特的磷脂雙分子層修飾使得該納米粒子具有良好的生物相容性和穩(wěn)定性。由于納米粒子與CT一步反應后組裝成三明治狀的團聚體,納米粒子顯示出顯著增強的表面增強拉曼散射(SERS)信號。實驗結果表明,該方法提供了一種簡單、靈敏的CT檢測新方法,并且信倍比高、可重現(xiàn)性好、動態(tài)響應范圍廣。因此該方法在預防和診斷霍亂中具有巨大的應用潛力。MicroRNA是一類內(nèi)源性表達的約19-25個堿基的非蛋白編碼的RNA分子,它在生物過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。大量的實驗已經(jīng)表明許多疾病,例如癌癥、糖尿病以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病與微MicroRNA的表達水平是直接相關的。MicroRNA已成為一類新興的臨床診斷與治療的生物標志物。然而,由于miRNA序列短、同一家族成員之間同源性強、在總RNA樣品中的含量較低且容易降解,這些性質(zhì)都增加了miRNA的檢測難度。因此,發(fā)展靈敏度高選擇性好的miRNA檢測方法用于生物研究和臨床早期診斷具有非常重要的意義。第3章中,利用目標催化發(fā)夾組裝(CHA)放大方法和酶修復擴增技術(ERA),發(fā)展了一種新型的等溫雙重放大方法—(CHA-ERA),用于單步、高靈敏、高選擇性的miRNA分析檢測。該方法檢測miRNA時,動態(tài)響應范圍寬、檢測限低,檢測下限達到了50 f M。實驗結果表明,本章構建的CHA-ERA方法為有效的核酸擴增和miRNA的表達分析及相關的診斷應用提供了一個高效的分析檢測平臺�；钚匝醮�(ROS)在生理學和病理學過程中普遍存在并且起著重要作用。ROS是一種重要的信號分子,產(chǎn)自內(nèi)源性的氧氣,在很多生理學功能的調(diào)節(jié)中起著重要的作用。?OH,ClO~-,and ONOO-被認為是最重要的活性氧簇,被稱作h ROS。研究表明,h ROS的過多富集會引起氧化應激并且與很多疾病相關。因此發(fā)展一種探針用于可視化的研究h ROS的生物學作用具有重要作用。此外,反常的溫度與很多病理細胞功能障礙密切相關。因此,發(fā)展一種新穎的方法用于高效、精確的檢測h ROS和溫度尤為重要。第4章中,我們發(fā)展了一種基于二氧化硅量子點的雙重響應的比率型熒光傳感器,用于檢測ClO~-和溫度。該方法的構建是通過將羅丹明B交聯(lián)到二氧化硅表面。二氧化硅量子點的熒光可選擇性的被ClO~-猝滅,而羅丹明B的熒光對ClO~-無響應,因此可用于比率型檢測ClO~-。另外,二氧化硅量子點熒光強度對溫度不敏感,羅丹明B的熒光強度隨溫度的升高會下降,因此該探針還可作為比率型的溫度傳感器。本章發(fā)展的納米探針易于合成、成本低、水溶性強、毒性低,并且對ClO~-和溫度檢測具有高選擇性。而且該納米探針還可以通過生物成像來實現(xiàn)活細胞中內(nèi)源性ClO~-表達水平檢測。實驗結果證明,該納米探針提供了簡單、靈敏和穩(wěn)定的生物傳感平臺,為生物醫(yī)學和環(huán)境檢測提供一種新思路。ATP是生物體中一種重要的底物。作為細胞中的主要能量貨幣,ATP在細胞新陳代謝和生化途徑中發(fā)揮著至關重要的作用,已經(jīng)作為細胞活性和細胞損傷的指示劑。因此ATP的檢測在生化研究和臨床診斷中具有重要作用。第5章中,基于劈開的核酸適配體和臨近介導的雜交鏈放大反應,發(fā)展了一種高靈敏的、高特異性的無酶放大方法用于檢測ATP。兩段劈開的核酸適配體在目標物ATP存在時距離被拉近。在這兩段核酸適配體末端分別延伸一段DNA序列,當距離被拉近時,兩端序列由于臨近作用,可作為HCR反應的引發(fā)連,從而激活分子信標的熒光信號。我們合成了表面氨基功能化的正電荷的熒光聚合物納米粒子,可與帶負電的DNA探針序列通過靜電吸附組裝,從而將ATP探針輸送到細胞內(nèi),實現(xiàn)細胞內(nèi)ATP的實時監(jiān)測。該方法有望應用于其他生物領域,如DNA和蛋白的檢測,藥物和基因的輸送,細胞內(nèi)的示蹤和活體監(jiān)控。目前,癌癥仍然是最致命的疾病之一,帶來巨大的社會和經(jīng)濟壓力。單模式的癌癥治療不足以治療癌癥,因此發(fā)展綜合治療對攻克癌癥至關重要。第6章中,發(fā)展了一種基于核酸功能化的氧化石墨烯(GO)的診療系統(tǒng)用于癌細胞靶向的生物成像和多重治療。納米體系是以PEG化的GO作為載體,在其上面修飾了用于癌細胞打靶的核酸適配體和用于診療的PH敏感的核酸探針。癌細胞中的酸性環(huán)境使核酸探針從納米體系中脫離,激活探針上的熒光,同時釋放鑲嵌在DNA雙鏈中的抗癌藥物DOX,釋放的探針還可作為甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1的抑制劑,同時GO還可用于熱力學治療。因此該方法可實現(xiàn)多重治療。實驗結果表明該方法在細胞中均具有良好的癌癥治療效果,為成像導向的診斷和多重治療提供了有效的策略。
[Abstract]:In recent years , the development of nano - materials has greatly promoted the development of nano - biotechnology . A novel isothermal double amplification method ( CHA - ERA ) has been developed for the diagnosis and diagnosis of diseases such as cancer , diabetes and nervous system diseases . The present invention provides a high - sensitivity , high - specificity enzyme - free amplification method for detecting ATP .
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TP212.3

【參考文獻】

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本文編號：2102305