【摘要】：從核酸的發(fā)現(xiàn)至今已有100多年的歷史,核酸是由許多核苷酸聚合成的主要位于細(xì)胞內(nèi)的生物大分子化合物,是生物體遺傳信息的載體,包括DNA和RNA。核酸分子檢測技術(shù)既可以用于檢測人和動植物是否被病原體感染,也可以用于檢測遺傳病或癌癥、為個人用藥提供輔助參考以及檢測水體是否有微生物污染等。迄今,許多核酸檢測方法已經(jīng)開發(fā)出來,如實時定量熒光PCR、熒光原位雜交技術(shù)等,但都存在一定的應(yīng)用局限。因此建立一種高效可靠、高靈敏度、高選擇性、高特異性的核酸檢測方法同樣具有十分重要的意義。隨著交叉學(xué)科的發(fā)展,生物傳感器的開發(fā)已成為了科學(xué)界的一大研究熱點。生物傳感器是將生物識別系統(tǒng)和信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)適當(dāng)組合,對樣品中的分析物作出響應(yīng),并把生物信號轉(zhuǎn)化為可以檢測的電、光、聲等信號,從而達(dá)到對待測物進(jìn)行檢測的一種分析裝置。生物傳感器應(yīng)用極其廣泛,既可以檢測蛋白質(zhì)、細(xì)菌、病毒、金屬離子等,還可進(jìn)行單分子水平分析,它具有快速、準(zhǔn)確、多功能化和便于攜帶等顯著特點。目前,核酸生物傳感器的研究也有了很大進(jìn)展,已發(fā)展成為前沿的研究熱點。近年來,納米場效應(yīng)晶體管核酸生物傳感器是基于納米材料(如石墨烯、碳納米管、納米線等)制備的一種新型的核酸生物傳感器。這主要是因為納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)的獨特性質(zhì),才使得此類核酸生物傳感器具有靈敏度高、選擇性好、操作簡單以及集成小巧等特點,與傳統(tǒng)的核酸分子檢測技術(shù)相比具有獨特的優(yōu)勢,非常適用于核酸分子的檢測。本文首先利用化學(xué)氣相沉積方法制備了納米材料石墨烯作為導(dǎo)電通道,并研制了場效應(yīng)晶體管核酸生物傳感器,而且應(yīng)用于鳥嘌呤核糖開關(guān)和配體之間的生物識別中。石墨烯具有獨特的物理性質(zhì),如超大的比表面積、良好的導(dǎo)電性質(zhì)和高的載流子遷移率等,石墨烯的這些優(yōu)良性質(zhì)可以提高核酸生物傳感器檢測的靈敏度、選擇性和特異性。本實驗主要是利用核酸分子的雜交原理將核酸分子與目標(biāo)分子固定于石墨烯表面,核酸分子與目標(biāo)分子特異性結(jié)合導(dǎo)致石墨烯表面電勢發(fā)生變化,將電信號變化與被測分子濃度建立起對應(yīng)關(guān)系,從而達(dá)到分子檢測的目的。本文主要撰寫了六部分內(nèi)容。第一章為緒論,主要介紹了核酸的重要作用、核酸生物傳感器的研究進(jìn)展以及石墨烯在生物傳感器中的應(yīng)用。第二章主要介紹了石墨烯制備方法、石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移、石墨烯場效應(yīng)晶體管(G-FET)的制備與工作原理以及電學(xué)性能測試。第三章是基于石墨烯場效應(yīng)晶體管生物傳感器的RNA檢測。以化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備的石墨烯作為導(dǎo)電通道,制造G-FET生物傳感器,單鏈DNA作為探針,互補(bǔ)鏈RNA作為目標(biāo)物進(jìn)行無標(biāo)記檢測。該傳感器具有高靈敏度,可實現(xiàn)低至0.1 fM的RNA檢測,比先前文獻(xiàn)中報道(10fM)的低2個數(shù)量級。此外,G-FET生物傳感器可以很容易的區(qū)分互補(bǔ)RNA和非互補(bǔ)RNA,顯示出對RNA檢測的高選擇性。第四章是基于石墨烯RNA生物傳感器的PNA探針和DNA探針的比較。以肽核酸(PNA)為探針,證明了PNA-RNA雜交體系具有更高的熱穩(wěn)定性,大大縮短了檢測時間,可實現(xiàn)低至0.1aM的痕量RNA檢測。第五章為石墨烯生物傳感器用于鳥嘌呤核糖開關(guān)和配體之間的生物識別。本工作中,使用已研發(fā)的無標(biāo)記的石墨烯場效應(yīng)晶體管(G-FET)生物傳感器來檢測鳥嘌呤核糖開關(guān)(GR)與四種嘌呤類似物配體分子(GUA,6GU,2BP,XAN)的結(jié)合相互作用。通過G-FET生物傳感器獲得四個GR-配體對GR-GUA,GR-6GU,GR-2BP,GR-XAN的平衡解離常數(shù)K_D和相對結(jié)合自由能,并且所得到的結(jié)果與通過分子動力學(xué)模擬和以前發(fā)表的計算結(jié)果是一致的。我們證明了G-FET生物傳感器可以用作親和生物傳感器來量化生物分子的相互作用。G-FET生物傳感器可以作為疾病診斷、遺傳篩查和藥物發(fā)現(xiàn)的新工具。第六章為總結(jié),總結(jié)歸納了本研究課題的主要結(jié)論和創(chuàng)新點。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.3;Q503
【圖文】：

核苷酸是組成核酸的基本單元。不同的核酸具依據(jù)不同的化學(xué)組成，又可將核酸分為儲存遺傳信，脫氧核糖核酸主要存在于細(xì)胞核、線粒體和葉綠質(zhì)中，都決定了生物的可遺傳性。酸（Deoxyribonucleic acid, DNA）是一種長鏈聚合，寬度約 2.2~2.4 nm[1]。DNA 的重要功能是存儲遺圖”或“食譜”。大多數(shù) DNA 與組蛋白緊密結(jié)合組他化合物，從而指導(dǎo)生物體的發(fā)育與生長。DNA 素組成。它的基本組成單位為脫氧核糖核苷酸，三部分組成，堿基又分為腺嘌呤（adenine，縮寫為寫為 T）、鳥嘌呤（guanine，縮寫為 G）、胞嘧啶[2]。其中 A 和 T，G 和 C 可發(fā)生互補(bǔ)配對，因此堿基互補(bǔ)配對原則形成雙螺旋二級結(jié)構(gòu)，如圖 1-

工程等領(lǐng)域的研究熱點，在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)方面具體中扮演著重要的角色，是遺傳信息的攜帶者，在生物的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的生物合成中具有會導(dǎo)致人體衰老、損傷、疾病和死亡。1958 年佛朗西斯·克里克提出了分子遺傳學(xué)的中心法則信息從 DNA 傳遞到 RNA，再從 RNA 傳遞到蛋信息轉(zhuǎn)錄和翻譯的完成。也可以從 DNA 傳遞到的過程，RNA 也可以進(jìn)行自我復(fù)制過程，這是法則。RNA 在某些病毒(如煙草花葉病毒)中的自中為模板逆轉(zhuǎn)錄成 DNA 的過程是對中心法則的核酸統(tǒng)領(lǐng)著中心法則的整條線，在生命體中是不生命的存在。因此，核酸不僅是組成生物細(xì)胞的、發(fā)育、繁殖、遺傳和變異過程中發(fā)揮著重要作

山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文1）雜交法酸雜交法是檢測復(fù)雜核酸混合物中互補(bǔ)靶序列的常用方法之一，主要應(yīng)生物學(xué)、遺傳學(xué)研究和基因診斷等領(lǐng)域。核酸雜交有多種形式，其rn 雜交[5]、Northern 雜交[6]、原位雜交[7]和斑點雜交[8]是最常用的。雖，但都遵循了核酸分子的堿基互補(bǔ)配對原則。核酸雜交法主要分為兩大依據(jù)雜交材料劃分的，分為 DNA 與 DNA 雜交、DNA 與 RNA 雜交和 RA 雜交；另一類是依據(jù)雜交分子狀態(tài)劃分的，分為液固相雜交和液液相圖 1-3 所示，核酸雜交的基本原理是核酸變性和復(fù)性的過程，雙鏈核酸定物理化學(xué)條件下雙鏈打開，又在一定條件下遵循堿基互補(bǔ)配對原則退鏈的過程[9]。將已知核酸序列和待測核酸序列作為雜交對象，其中已知作為探針，待測核酸序列作為靶目標(biāo)。

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本文編號：2764358