發(fā)布時(shí)間：2018-06-20 12:01

  本文選題：分子手性 + 核酸自組裝　； 參考：《華中科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：手性是自然界的基本屬性之一,構(gòu)成生命體的生物大分子大多是以手性小分子為基元構(gòu)成的。因此,生命體內(nèi)的絕大多數(shù)生理和生物行為都與分子手性息息相關(guān)。為了探索生命體內(nèi)手性選擇性的奧秘,揭示自然界中手性現(xiàn)象的本質(zhì),本論文將生物大分子的自身屬性——手性與自然界的普遍現(xiàn)象——核酸自組裝有機(jī)結(jié)合,研究分子手性對(duì)核酸自組裝的調(diào)控作用,并應(yīng)用于生物傳感器中,探索分子手性對(duì)特定目標(biāo)分子檢測(cè)性能的調(diào)控(包括檢測(cè)限、靈敏度和線性范圍等),為開發(fā)新型納米生物材料和器件開啟新的方向,并為臨床疾病的早期診斷提供新的思路。本論文的主要內(nèi)容包括四個(gè)方面：(1)以巰基和亞甲基藍(lán)修飾的DNA為模型分子,探討其在N-異丁酰基-D(L)-半胱氨酸(NIBC)修飾的金表面的組裝行為,由于L-NIBC修飾表面對(duì)DNA有更強(qiáng)的吸附作用導(dǎo)致亞甲基藍(lán)離金表面距離更近,所以其在L-表面的峰電流比對(duì)應(yīng)的D-表面的峰電流大。進(jìn)一步地,在手性表面引入與模型分子互補(bǔ)的核酸分子,通過(guò)方波伏安法(SWV)、石英晶體微天平(QCM)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等手段研究了表面手性對(duì)DNA雜交效率的調(diào)控作用。結(jié)果表明D-表面的雜交效率比L-表面的雜交效率高,并實(shí)現(xiàn)了分子手性對(duì)靈敏度的調(diào)控。此外,將該體系引入到復(fù)雜基質(zhì)中,以滿足復(fù)雜生物樣品測(cè)試的需求,為臨床診斷、基因治療及相關(guān)領(lǐng)域研究提供幫助,并有助于更深層次理解自然界中手性現(xiàn)象的本質(zhì)。(2)將具有信號(hào)放大機(jī)制的“三明治”結(jié)構(gòu)DNA與手性分子有機(jī)結(jié)合,以電化學(xué)生物傳感器為平臺(tái),探索分子手性對(duì)“傳統(tǒng)三明治”和“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)DNA檢測(cè)效率的調(diào)控作用。結(jié)果表明,D-NIBC構(gòu)筑的“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)DNA的檢測(cè)效率比L-NIBC構(gòu)筑的“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)DNA的檢測(cè)效率更強(qiáng),檢測(cè)限相差2個(gè)數(shù)量級(jí)。該體系通過(guò)“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)DNA不僅放大了分子手性對(duì)雜交效率的調(diào)控能力,而且不同手性分子修飾的“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)對(duì)“傳統(tǒng)三明治”結(jié)構(gòu)檢測(cè)核酸時(shí)的信號(hào)放大能力差異顯著,即使在復(fù)雜生物體系中檢測(cè)效率的差異仍然存在。證明了手性有望成為核酸雜交調(diào)控的新手段,并為進(jìn)一步揭示生命體手性選擇性的奧秘開啟新的方向。(3)研究了分子手性誘導(dǎo)的DNA探針用于超靈敏單核苷核苷酸多態(tài)性(SNP)分析。在檢測(cè)完全互補(bǔ)靶分子時(shí),L-色氨酸孵育的傳感器比對(duì)應(yīng)的D-色氨酸孵育傳感器的檢測(cè)效率低,且二者檢測(cè)效率的差異較大：而在檢測(cè)單堿基錯(cuò)配靶分子時(shí)二者檢測(cè)效率的差異不顯著。利用手性傳感器檢測(cè)效率差異的不同,實(shí)現(xiàn)了高靈敏的SNP分析,SNP檢測(cè)的區(qū)分因子中值為7.21。此外，，我們還通過(guò)“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了特異性,區(qū)分因子的中值增加到38.71,“超級(jí)三明治”結(jié)構(gòu)不僅改善了靈敏度,還提高了特異性。手性是生命體系中最重要的生化屬性之一,因此該成果將有助于發(fā)展新的生物器件,并對(duì)復(fù)雜體系中的臨床診斷提供新的方法和思路。(4)利用堿基錯(cuò)配的原理設(shè)計(jì)了不同親和力的雙鏈探針,并調(diào)控了ATP適配體傳感器的線性范圍。通過(guò)共組裝不同親和力的雙標(biāo)記雙鏈探針,成功實(shí)現(xiàn)了線性范圍的同步拓寬,線性范圍對(duì)應(yīng)靶分子濃度跨度從81倍增加到6400倍：通過(guò)組裝無(wú)標(biāo)記的高親和力探針和雙標(biāo)記的低親和力探針,實(shí)現(xiàn)了線性范圍的同步縮窄,線性范圍對(duì)應(yīng)靶分子濃度跨度縮小至10倍;通過(guò)組裝單標(biāo)記的高親和力探針和雙標(biāo)記的低親和力探針,實(shí)現(xiàn)了線性范圍的異向調(diào)控,同時(shí)拓寬了線性范圍并提高了靈敏度。適配體傳感器線性范圍的可控調(diào)節(jié)將有助于克服生物分子識(shí)別在生物燃料電池及生物電子邏輯門中的局限性,更有助于拓展生物傳感器在臨床診斷中的應(yīng)用范圍。
[Abstract]:Chiral is one of the basic properties of nature. Most of the biological macromolecules are composed of chiral small molecules. Therefore, most of the physiological and biological behaviors in life are closely related to molecular chirality. In order to explore the mysteries of chiral selectivity in life, the essence of chiral phenomena in nature is revealed. In this paper, the self-assembly of chiral macromolecules - chiral and natural phenomena - nucleic acid self-assembly is organically combined, and the regulation of molecular chirality on nucleic acid self-assembly is studied and used in biosensors to explore the regulation of molecular chirality on the detection performance of specific target molecules (including detection limit, sensitivity and linear range, etc.) In order to open new directions for the development of new nano biomaterials and devices and provide new ideas for the early diagnosis of clinical diseases, the main contents of this paper include four aspects: (1) the assembly behavior of DNA modified gold surface modified by N- isobutylyl -D (L) - cysteine (NIBC) was studied by using mercapto and methylene blue modified as model molecules. As the L-NIBC modified surface has a stronger adsorption to DNA, the methylene blue is closer to the gold surface, so the peak current on the L- surface is larger than that of the corresponding D- surface. Further, the nucleic acid molecules complementary to the model molecules on the chiral surface are introduced by Fang Bo volt ampere (SWV), quartz crystal microbalance (QCM) and electrochemistry. The effect of surface chirality on the efficiency of DNA hybridization was studied by means of impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the hybridization efficiency of the D- surface was higher than that of the L- surface, and the sensitivity was regulated by the molecular chirality. In addition, the system was introduced into the complex matrix to meet the needs of the complex biological sample test and the clinical diagnosis. The study of treatment and related fields helps to further understand the nature of chiral phenomena in nature. (2) the combination of "sandwich" structure DNA with signal amplification mechanism is organically combined with chiral molecules, and an electrochemical biosensor is used as a platform to explore the hand nature of "traditional sandwiches" and "super sandwiches". The results show that the detection efficiency of "super sandwich" structure DNA constructed by D-NIBC is more efficient than that of "super sandwich" structure DNA, which is constructed by L-NIBC, and the difference of detection limit is 2 orders of magnitude. The system not only amplifies the modulation of molecular chirality to the hybridization efficiency through the "super sandwich" structure DNA. Control ability, and the different chiral molecular modified "super sandwich" structure has significant difference in the signal amplification ability of the "traditional sandwich" structure detection nucleic acid. Even in the complex biological system, the difference of detection efficiency still exists. It is proved that chiral is expected to be a new part of nucleic acid hybridization regulation, and to further reveal the life. The new direction of the chiral selectivity of the body is opened. (3) the molecular chiral DNA probe is used to analyze the ultra sensitive mononucleotide polymorphism (SNP) analysis. The detection efficiency of the L- tryptophan incubating sensor is lower than that of the corresponding D- tryptophan incubating sensor when detecting the fully complementary target molecules, and the difference of the detection efficiency is larger than that of the corresponding D- tryptophan incubating sensor. There is no significant difference in the detection efficiency between the two of the single base mismatch targets. The high sensitive SNP analysis is achieved by using the difference of the detection efficiency of the chiral sensor. The median of the SNP detection is 7.21.. We also increase the specificity of the "super sandwich" structure, and increase the median of the differentiation factor. Adding to 38.71, the "super sandwich" structure not only improves the sensitivity, but also improves the specificity. Chirality is one of the most important biochemical properties in the life system. Therefore, the results will help to develop new biological devices and provide new methods and ideas for the clinical diagnosis of complex systems. (4) the principle of using base mismatch is not designed. The same affinity double stranded probe regulates the linear range of the ATP aptamer sensor. By CO assembling the dual labelled double stranded probes with different affinity, the linear range is successfully synchronized. The linear range increases to 6400 times from 81 times to the target molecular concentration: by assembling unlabeled high affinity probes and double markers The low affinity probe realizes synchronous narrowing in linear range, and the linear range decreases to 10 times of the target molecular concentration span. By assembling a single labeled high affinity probe and a double labeled low affinity probe, the linear range is controlled, and the linear range is widened and the sensitivity is increased. The linear norm of the aptamer sensor is linear. The controllable regulation will help to overcome the limitations of biomolecular recognition in biofuel batteries and bio electronic logic gates, and will help to expand the application of biosensors in clinical diagnosis.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O629.74;TP212.3

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本文編號(hào)：2044185