脱氧核酶生物传感技术在Pb2+和RNase H检测中的应用研究

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DNAzyme(脱氧核酶)作为一种人工合成的序列自被发现以来,因其高效的催化活性和结构识别能力,已被逐渐开发应用于生物分子检测领域。本论文通过研究已报道过的DNAzyme,对其序列进行碱基替换,构建了Mg2+依赖性的DNAzyme,在此基础上,结合了荧光分子信标,实现了体外对金属离子和蛋白酶的高灵敏度检测,并在复杂样本中也取得了成效,此外,还探讨了一些药物对DNAzyme催化效率的影响。  本文的主要研究内容如下:  1.基于DNAzyme和rGO实现对铅离子的超灵敏检测  在该体系中,我们设计了一条含有RNA碱基的单链荧光探针,并利用rGO(还原性氧化石墨烯)对不同长度DNA链的吸附特性以及rGO的荧光淬灭能力,构建了一个对Pb2+的超灵敏检测体系。首先,我们在不同pH,温度和探针浓度下进行试验,选出了DNAzyme活性最高的条件。此外,为了提高检测限,我们选取荧光淬灭效率较高的rGO作为荧光淬灭平台,同时我们对其用量进行了优化并与普通GO产生的效果进行对比。结果发现:(a)要使荧光探针完全淬灭需要10μg/mL的GO,而使用rGO时只需要不到4μg/mL,且使用rGO时,不加入DNAzyme与加入DNAzyme的信号差值更大;(b)通过这种方法检测Pb2+的检测下限为100pM,具有非常优秀的灵敏性;( c)用此方法在血清中检测Pb2+,检测限可以达到500pM(0.1μg/L),低于人体内的正常血铅范围(<99μg/L)。  2.构建Mg2+依赖性的DNAzyme,使用双标发夹探针实现对RNase H活性检测及其在复杂样本中的应用  该体系中,首先我们在已报道过的Pb2+依赖性的DNAzyme的序列上进行碱基的替换,成功使得该Pb2+依赖性的DNAzyme转变成Mg2+依赖性的DNAzyme,而且对Mg2+有着高度特异性。这种Mg2+依赖性的DNAzyme可以将我们设计的双标发夹型探针打开,我们将该DNAzyme序列嵌入一个发夹型的DNA-RNA嵌合链中以抑制其活性。接着,利用RNase H(核糖核酸酶H)切割DNA-RNA杂交链的特性将DNAzyme释放出来并恢复活性。通过这种活性“开关”建立了对RNase H活性检测体系。结果表明:(a)该体系对RNase H检测下限为0.01U/mL,并且在血清环境中及细胞提取液中均能进行检测;(b)研究了11种不同天然药物对RNase H的影响,结果发现这11种药物对RNase H均有激活作用,并具有浓度依赖性;(c)分析了6种抗生素对DNAzyme催化效率的影响,发现庆大霉素和硫磺链霉素对DNAzyme催化活性有一定的抑制作用;(d)该体系还可以对Mg2+和DNAzyme进行检测,其中,对Mg2+的检测下限为5nM,对DNAzyme的检测限为5pM。
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