核酸功能化银纳米颗粒探针的设计及传感应用.doc

核酸功能化银纳米颗粒探针的设计及传感应用 核酸功能化银纳米颗粒探针的设计及传感应用银纳米颗粒（Ag NPs）,一种常见的贵金属纳米颗粒,因其具有优良的光学、电学和催化特性而受到关注。 近年来,随着Ag NPs的合成和功能化手段日趋成熟,核酸（DNA）功能化Ag NPs被广泛地应用到了分析检测和生物传感领域。 但是,这些方法中往往需要对Ag NPs进行复杂的修饰,而且其信号识别机制与检测对象都比较局限。 针对这些问题,本论文采用DNA为模板合成Ag NPs,利用其超强的荧光淬灭性能构建了新型的汞离子和甲基汞离子传感体系。 此外,通过合成二硫化钼（Mo S2）-Ag NPs复合纳米材料,构建了一种新型SERS活性基底。 通过在Ag NPs上连接DNA分子探针,利用DNAMo S2-Ag NPs纳米复合探针对细胞内的m RNA进行了拉曼成像。 1)基于DNA模板化Ag NPs与银/汞合金形成用于汞离子的高特异性检测重金属离子的污染对于生态环境和人类健康都有着严重的危害。 基于检测痕量汞的需求,在本章中,首次提出通过结合银汞齐化的自然现象和DNA模板化Ag NPs,实现了对汞离子(Hg2+)的快速、简便、高灵敏分析。 通过将含汞物质还原为单质汞,利用银原子作为汞原子的受体来形成银/汞（Ag/Hg）合金,从而实现对Hg2+的检测。 为了将银汞齐化过程用荧光信号进行表达,我们利用了一条荧光素（FAM）标记的单链DNA序列作为信号报告基团。 当Ag NPs在DNA链上形成时会导致FAM的荧光产生巨大的淬灭,然而,当存在Hg2+时,由于形成了Ag/Hg合金而抑制了Ag NPs在DNA上的生长,从而使得荧光信号相比于没有Hg2+时得到很大程度的保留。 利用FAM的荧光增强现象可以实现对几个纳摩尔浓度Hg2+的检测。 此外,由于Ag/Hg合金的形成具有高度的特异性,探针对Hg2+具有很高的选择性,对即便是毫摩尔浓度的其它金属离子也几乎没有响应。 本传感器被成功地应用于自来水,泉水和江水等实际水样的检测中。 这样的设计对于发展新型的Hg2+荧光探针,实现对生物和环境样品中的Hg2+进行快速,简便和高选择性检测定量具有重要的意义。 2)DNA模板化Ag NPs和银/汞合金对甲基汞的超灵敏及高选择性检测甲基汞（CH3Hg+）作为一种最常见的有机汞形式,是一种剧毒的汞化合物,其危险程度远超元素或无机汞。 在水体底层,沉降的Hg2+通过细菌转变为CH3Hg+,随后被鱼类摄取并在其组织中产生生物累积,最终,随着鱼类食物进入人体,导致一系列严重的健康问题。 因此,发展高灵敏、高选择性的CH3Hg+检测手段以对其在鱼类样品中的生物累积进行研究是迫切需要的。 然而,由于常规方法难以从Hg2+中区分检测CH3Hg+,严重阻碍了含汞样品中的CH3Hg+分析。 在本章中,我们利用形成Ag/Hg合金这一发生于汞原子和银原子间的自然现象,结合DNA模板化Ag NPs,对CH3Hg+进行了高灵敏检测,同时对Hg2+和其它重金属离子具有很好的选择性。 在提出的方法中,通过在一条CH3Hg+特异性的DNA上形成Ag/Hg合金,实现了对CH3Hg+和Hg2+的区分;同时发现在还原剂的作用下,汞原子能够和银原子在CH3Hg+特异性的DNA上形成Ag/Hg合金,而CH3Hg+则不能。 基于此发现,对于一条染料标记的CH3Hg+特异性DNA,当形成模板化Ag NPs时,荧光被淬灭。 虽然CH3Hg+和Hg2+的存在都能阻止DNA模板化Ag NPs的形成,但只有CH3Hg+能使得荧光保留。 这种传感体系能够检测到低至皮摩尔的CH3Hg+,超过了其对Hg2+响应的125倍。 此外,50倍的Hg2+和106倍的其它金属离子不会对检测造成干扰。 利用该方法,对CH3Hg+在鱼体中的生物累积进行了研究。 3)Mo S2-Ag NPs表面增强拉曼基底的合成及性能研究Mo S2是一种典型的原子化薄层二维过渡金属化合物（TMDCs）,在构建场效应晶体管、催化产氢及能量捕获中有着广泛的应用。 本章中,通过在单层Mo S2纳米片上组装Ag NPs形成Mo S2-Ag NPs复合纳米材料。 研究发现,Mo S2-Ag NPs对FAM,罗丹明6G,4-氨基-苯硫醇等常见拉曼报告分子都具有很大的SERS信号增强。 相比碳纳米管和石墨烯等已用于构建类似基底的材料,由于Mo S2不存在D峰和G峰的干扰,Mo S2-Ag NPs基底上的SERS光谱峰型清晰,强度高,尤其在检测低浓度分析物时具有很大的优势。 通过计算,Mo S2-Ag NPs基底的增强因子为1.28107。 此外,基底具有良好的SERS信号重现性。 4)基于DNAMo S2-Ag NPs纳米复合探针对m RNA的SERS检测及细胞拉曼成像信使RNA（m RNA）是细胞内蛋白表达的决定者,在细胞内具有一些特殊的空间调控功能,细胞内m RNA的异常表达和分布往往与一些疾病相关。 通过对细胞内特定m RNA的实时成像,对于从分子层面理解m RNA在细胞内的功能,发展疾病的诊断和治疗手段具有重要意义。 本章通过将DNA分子探针修饰到Mo S2-Ag NPs上,形成DNAMo S2-Ag NPs纳米复合探针。 目标m RNA或DNA存在时,会引起探针构象变化,靠近Mo S2-Ag NPs基底,产生SERS信号。