【摘要】：核酸是最基本的生命物質(zhì)之一,分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),在遺傳信息的儲存、復(fù)制、傳遞以及蛋白質(zhì)的合成中發(fā)揮著重要作用。實時原位監(jiān)測活細胞及生物體內(nèi)DNA和RNA的分離、聚集和裂解等結(jié)構(gòu)動態(tài)變化對理解核酸轉(zhuǎn)錄、蛋白表達、細胞凋亡等細胞行為和研究遺傳性疾病具有重要意義。然而,由于目前的成像探針存在生物膜穿透能力弱、無法同步區(qū)分DNA和RNA、自身光穩(wěn)定性差等局限性,在活細胞,尤其是生物體內(nèi),實時原位的觀察DNA和RNA結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。碳量子點由于其細胞毒性小,光穩(wěn)定性好,易于進行表面功能化修飾等特點,在細胞及活體原位影像分析中發(fā)揮了重要作用。本論文中,我們通過對碳量子點進行化學(xué)修飾,提高碳量子點表面的正電荷,得到了具有高效生物膜穿透能力的陽離子碳量子點探針(carbon quantum dot,cQD),實現(xiàn)了細胞及線蟲體內(nèi)DNA和RNA結(jié)構(gòu)的同步原位熒光成像。本論文具體研究內(nèi)容如下:(1)設(shè)計合成了一種具有高效生物膜穿透能力的陽離子cQD探針。首先,通過硝酸氧化剝離導(dǎo)電炭黑顆粒得到了尺寸均一的含羧基碳量子點。進一步,通過對苯二胺修飾,得到了綠色熒光碳量子點。最后,將4-羧丁基三苯基溴化膦通過對苯二胺的氨基連接到碳量子點上,得到帶正電的cQD探針。cQD探針與規(guī)則雙螺旋的dsDNA和柔性折疊的ssRNA具有不同的結(jié)合方式,從而實現(xiàn)對二者的光譜區(qū)分。(2)實現(xiàn)了cQD探針對活細胞內(nèi)DNA和RNA的同步原位成像與動態(tài)影像分析。合成的陽離子cQD探針能夠有效的穿過細胞膜/細胞核膜,與細胞內(nèi)的DNA和RNA結(jié)合,在488 nm激發(fā)下,細胞核發(fā)出很強的綠色熒光,而在543nm激發(fā)下,細胞質(zhì)和核仁發(fā)出紅色熒光,證明了cQD探針對活細胞內(nèi)DNA和RNA的特異性識別能力。進一步,由于該探針強的光穩(wěn)定性和低毒性,實現(xiàn)了對細胞有絲分裂過程中DNA和RNA結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的影像分析,并且通過STED超高分辨成像,實現(xiàn)了對染色體和核仁結(jié)構(gòu)的3D重構(gòu)。(3)最后,我們探討了該cQD探針對活的線蟲體內(nèi)DNA和RNA的原位成像分析。將cQD探針加入到秀麗隱桿線蟲的培養(yǎng)液中,我們發(fā)現(xiàn),cQD不僅進入線蟲的腸道,而且繼續(xù)穿過腸道壁、性腺壁等一系列組織器官,最終進入線蟲性腺內(nèi),與生殖細胞DNA和RNA結(jié)合,與細胞結(jié)果類似,在488 nm和543 nm激光激發(fā)下分別發(fā)出綠色和紅色熒光。這一結(jié)果證實了cQDs在體內(nèi)跟蹤DNA和RNA的能力,更重要的是證明了其穿過腸道壁、組織間質(zhì)、性腺囊壁、生殖細胞膜/細胞核膜等組織細胞水平膜屏障的高效生物膜穿透能力。
【圖文】：

目標物特異性響應(yīng)的識別位點及隨著目標物含量變化產(chǎn)生顏色響應(yīng)的母體分部分組成，從而實現(xiàn)對目標分子檢測的熒光信號輸出。分子熒光探針設(shè)計簡單，類多，響應(yīng)動力學(xué)快，靈敏度高，在熒光分析檢測中具有廣泛的應(yīng)用。以熒類、羅丹明類、香豆素類、花菁類等傳統(tǒng)有機染料分子為母體，，來設(shè)計引入標分子特異性響應(yīng)的活性反應(yīng)位點，是目前合成分子探針的一種主要方法［３ＭＱ］們課題組在熒光分子探針的合成及成像應(yīng)用方面也做了一些工作［３６，３７］。一是光素分子為母體，在水合肼作用下，使熒光素分子中生成一個新的五元雜環(huán)，逡逑壞了熒光素母體分子中的共輒結(jié)構(gòu)，關(guān)掉了熒光素的熒光，同時為了增加探子的溶解性和生物相容性，在探針分子中引入了三乙二醇側(cè)鏈，設(shè)計合成了對羥基自由基（？0！�。┖痛温人幔ǎ龋茫保埃┩瑫r響應(yīng)的單分子熒光探針ＦＨＺ邋（．１）邋［３６］。二是在香豆素母體分子上引入含兩個氮的側(cè)鏈來增加探針分子的水溶生物相容性，同時引入能與硫化氫分子（Ｈ２Ｓ）特異性響應(yīng)的二硝基苯醚的側(cè)鏈，計合成了對Ｈ２Ｓ特異性響應(yīng)的分子探針。而且由于引入的Ｍ７Ｖ－二甲基乙二胺使得探針分子在水溶液中帶有微弱的正電荷，使得該探針可以自由滲透過細和細胞核膜，分布于整個細胞內(nèi)［３７］。逡逑

利用這一性質(zhì)，人們構(gòu)建了基于氧化石墨烯的焚光“關(guān)－開”的焚光傳感平逡逑臺，并成功實現(xiàn)了邋ＤＮＡ，蛋白質(zhì)、疾病信號分子等檢測％＂６５：１。＼＾＾等［６６］首次實現(xiàn)逡逑了氧化石墨烯在生物檢測中的應(yīng)用。如圖１．４所示，修飾有染料分子的單鏈ＤＮＡ逡逑（ｓｓＤＮＡ）單獨存在在溶液中時，由于染料分子的存在，此時溶液體系發(fā)出很強逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q52;O657.3;TB383.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙辰;張哲娟;郭俊;胡強;孫卓;樸賢卿;;量子點材料的制備及應(yīng)用研究進展[J];人工晶體學(xué)報;2018年12期

2 鄭若彤;;碳基量子點的制備與修飾探討[J];現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè);2019年12期

3 趙志偉;楊尊先;劉佳慧;葉冰清;郭太良;;CuInS_2/ZnS/ZnS量子點的制備與光電性能研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2019年02期

4 姜明宵;王丹;邱云;孫曉;齊永蓮;胡偉頻;卜倩倩;;量子點顯示及其技術(shù)趨勢[J];光電子技術(shù);2019年01期

5 王學(xué)川;白鵬霞;羅曉民;李季;;基于明膠制備碳量子點及其光學(xué)性能的研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2019年04期

6 楊q;王春來;丁晟;劉長軍;田豐;李釩;;熒光碳量子點:合成、特性及在腫瘤治療中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報;2019年09期

7 蘇葉婭;文庚;劉新儒;陳夏揚;甘靜靜;張正國;;量子點表面功能化及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J];生物化工;2019年02期

8 劉久誠;魏嫻;魏暢;梅時良;譚振坤;張萬路;;雙發(fā)射鈣鈦礦量子點的合成及其在健康照明中的應(yīng)用[J];光源與照明;2019年02期

9 一丁;;三星助推量子點電視普及[J];電器;2017年12期

10 黎紅;譚宏成;王敏;楊麗君;;氮摻雜枸杞碳量子點的光譜性質(zhì)及磁性量子點制備初探[J];樂山師范學(xué)院學(xué)報;2017年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 慈吉良;王超;吳敏;黃勇;;氮摻雜碳量子點的綠色制備及應(yīng)用[A];中國化學(xué)會2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會摘要集——主題H：光電功能高分子[C];2017年

2 梁相永;汪露;常智義;李幫經(jīng);張晟;;一種含量子點干凝膠的制備[A];中國化學(xué)會第十六屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集——第二分會：功能微納米材料[C];2017年

3 曹佳浩;張漢杰;李東升;楊德仁;;等離激元調(diào)控硅量子點發(fā)光及能量傳遞[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會會議論文集[C];2017年

4 林澤文;林圳旭;黃銳;張毅;宋捷;李紅亮;徐駿;陳坤基;;基于氮、氧修飾的高密度硅量子點的近紅外光發(fā)射調(diào)控與光增益特性[A];第十二屆全國硅基光電子材料及器件研討會會議論文集[C];2017年

5 樊春海;汪聯(lián)輝;黃慶;何耀;宋世平;;幾種熒光量子點的制備、修飾及生物檢測方法研究[A];中國分析測試協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎發(fā)展回顧[C];2015年

6 王進平;李春;劉衛(wèi)儉;;碳量子點的合成及其在植物病原菌成像中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三分會：納米傳感新原理新方法[C];2016年

7 張豫;糜嵐;熊蓉玲;陳暨耀;王培南;;水溶熒光量子點在細胞內(nèi)的分布和細胞間的傳輸[A];上海市激光學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

8 熊煥明;;光致發(fā)光的氧化鋅量子點[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

9 宋濤;逯超亮;宮曉群;楊秋花;李云紅;常津;;量子點熒光編碼微球的制備[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第30次學(xué)術(shù)年會暨生物醫(yī)學(xué)工程前沿科學(xué)研討會論文集[C];2010年

10 楊久敏;宮曉群;張琦;宋濤;劉鐵根;李迎新;常津;;小波變換在量子點編碼識別中的應(yīng)用[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第30次學(xué)術(shù)年會暨生物醫(yī)學(xué)工程前沿科學(xué)研討會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 曲照貴;天大首創(chuàng)零污染量子點合成工藝[N];中國化工報;2013年

2 記者 田學(xué)科;突破!量子點控制方法找到[N];科技日報;2019年

3 本報記者 盧夢琪;量子點顯示離不開兩大驅(qū)動力[N];中國電子報;2019年

4 記者 金朝力;量子點電視中國市場翻倍增長[N];北京商報;2017年

5 本報記者 崔爽;從量子點到量子環(huán) 改變的不只一個字[N];科技日報;2018年

6 本報記者 閔杰;再現(xiàn)“小陽春” 量子點電視好時光還有多少年？[N];中國電子報;2018年

7 李鋒白;2018年量子點電視銷售額預(yù)計突破110億[N];中國工業(yè)報;2018年

8 本報記者 丁瑩;產(chǎn)品升級技術(shù)煥新[N];中國質(zhì)量報;2018年

9 北京商報記者 金朝力;量子點電視領(lǐng)跑中高端彩電市場[N];北京商報;2018年

10 曹開放;發(fā)力渠道建設(shè) 風(fēng)行電視全力普及量子點電視[N];民營經(jīng)濟報;2018年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 胡澤敏;硫化物量子點的制備及其光電性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 李炯昭;CdS量子點生長過程的實驗及理論研究[D];浙江大學(xué);2019年

3 韓光梅;碳量子點熒光探針的合成及其對生物體核酸結(jié)構(gòu)的影像分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

4 劉哲欽;高效穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點的合成、表征及LED器件性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2019年

5 陳黎;多金屬氧酸鹽及其衍生物在染料/量子點敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究[D];東北師范大學(xué);2018年

6 郭瀟瀟;碳化硅納米顆粒的制備、發(fā)光性質(zhì)及相變的研究[D];東南大學(xué);2017年

7 陳振華;新型量子點納米材料在免疫診斷領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用[D];南方醫(yī)科大學(xué);2018年

8 崔銀花;生物合成硫族納米材料的機理、調(diào)控及應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

9 杜婷;基于量子點抗豬病毒材料的體外篩選及分子機制研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

10 盧坤媛;高效PbX量子點太陽能電池研究[D];蘇州大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 于水利;同質(zhì)配體外延生長Al_2O_3自鈍化層提高量子點光學(xué)穩(wěn)定性的研究[D];天津理工大學(xué);2019年

2 吳海珍;溴鉛銫鈣鈦礦納米晶熒光性質(zhì)研究[D];天津理工大學(xué);2019年

3 姚璐;Zn摻雜CuInSe量子點發(fā)光性質(zhì)及光催化應(yīng)用研究[D];鄭州大學(xué);2019年

4 尹致丹;量子點熒光免疫法測定牛奶中氨芐青霉素殘留的研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

5 王巍;1.3μm波長直接外延硅基量子點微盤激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

6 王影;石墨烯量子點的合成及其在食品添加劑檢測中的應(yīng)用[D];吉林化工學(xué)院;2019年

7 譚佳寧;多酸/量子點復(fù)合電致變色材料的制備及性能調(diào)控[D];吉林化工學(xué)院;2019年

8 白夢莎;水溶性碳量子點的制備及其光催化降解研究[D];西安理工大學(xué);2019年

9 宋瑋;新型摻雜碳量子點的制備及其熒光檢測應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2017年

10 徐帥鋒;PbSe量子點熱光效應(yīng)及傳感應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2667141