功能性DNA分子器件的构建及应用
发布时间：2023-04-08 20:21
DNA分子器件是近十年内发展起来的一种新型功能性材料,它的种类多样、用途广泛,不仅在生命科学研究领域内发挥着重要的作用,而且在能源、信息、计算机芯片等领域内都具有重要的意义。和传统材料相比,DNA分子具有精确的碱基互补配对能力、序列的可编程性、结构的多样性和独特的机械性能等优势,已经被灵活广泛地应用于生物传感、细胞或组织成像、药物递送以及疾病精准治疗等领域。基于功能性和结构性的DNA纳米技术,我们设计和构建了几种不同类型和功能的DNA器件,分别应用于离子或分子传感、亚细胞荧光成像以及抗癌靶分子跨膜逻辑运输等领域。本论文主要包括以下几个部分:(1)基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的DNA分子器件的构建及传感应用。2-氨基嘌呤不仅是一种荧光分子,同时它也是腺嘌呤的类似物,因此它能代替腺嘌呤与其互补碱基进行碱基配对。通过系统性的研究,我们发现2-氨基嘌呤的荧光性能与其所处的碱基环境密切相关,主要包括凸环大小和旁侧碱基类型等影响因素。通常,它在处于较少碱基堆叠的环境下,荧光发射强度最高。例如:2-氨基嘌呤在双链和G-四链体的较短凸环中具有更好的荧光特性;2-氨基嘌呤位于G-四链体的螺旋桨环中时...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 功能性DNA分子器件简介
1.2 DNA分子器件的种类
1.2.1 DNA分子传感器
1.2.1.1 基于链杂交反应的DNA传感器
1.2.1.2 基于核酸适配体的DNA传感器
1.2.1.3 基于DNA酶的DNA传感器
1.2.2 DNA分子开关
1.2.2.1 DNA发夹环开关
1.2.2.2 三链和i-motif开关
1.2.2.3 G-四链体开关
1.2.3 DNA逻辑门与逻辑电路
1.2.3.1 DNA逻辑门
1.2.3.2 DNA逻辑电路
1.2.4 DNA分子框架
1.2.5 DNA分子机器
1.2.5.1 DNA分子马达
1.2.5.2 DNA步行者
1.3 功能性DNA分子器件的应用
1.3.1 化学和生物传感
1.3.2 重大疾病检测
1.3.3 药物运输及疾病精准治疗
1.4 总结与展望
1.5 本论文选题及主要工作
参考文献
第2章 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的DNA分子器件的构建及传感应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂
2.2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳
2.2.3 荧光发射光谱
2.2.4 原子力显微镜成像
2.2.5 圆二色谱
2.3 结果与讨论
2.3.1 2-氨基嘌呤凸环在DNA双链和G-四链体中的荧光性质研究
2.3.2 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的“Turn-off/on”DNA传感器
2.3.3 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的DNA三链开关
2.3.4 用于K+/Pb2+定量检测的无标记可逆分子传感器
2.4 本章小结
参考文献
第3章 DNA纳米开关控制的可逆纳米传感器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂和仪器
3.2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳
3.2.3 荧光发射光谱
3.3 结果与讨论
3.3.1 “ATP响应的纳米传感器”的组装
3.3.2 ATP的绑定机制
3.3.3 DNA纳米传感器检测ATP
3.3.4 可逆性
3.3.5 可逆纳米传感器的通用性
3.4 本章小结
参考文献
第4章 活细胞内动态响应的可重构仿生DNA框架纳米平台用于亚细胞荧光成像
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂和仪器
4.2.2 mono-TDN的制备和二聚操控
4.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳
4.2.4 原子力显微镜成像
4.2.5 细胞外荧光表征
4.2.6 激光共聚焦荧光成像
4.2.7 MTT实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 验证双分子i-motif诱导mono-TDN的二聚能力
4.3.2 细胞外表征3WJ/4WJ-TDN的粒径与二聚过程
4.3.3 细胞内表征FNA纳米平台对溶酶体内ATP的动态响应
4.4 本章小结
参考文献
第5章 二聚DNA框架传感器用于逻辑响应细胞外微环境及增强AS1411跨膜内吞效率
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂和仪器
5.2.2 TDN单体的制备
5.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳
5.2.4 原子力显微镜成像
5.2.5 荧光发射光谱
5.2.6 激光共聚焦荧光成像和光漂白实验
5.3 结果与讨论
5.3.1 细胞表面固定的二聚体FNA纳米平台的构建
5.3.2 于细胞膜上锚定的二聚FNA纳米平台作为细胞外环境pH传感器
5.3.3 AND逻辑门控制的FNA传感器
5.3.4 利用FNA逻辑平台增强AS1411跨膜内吞效率
5.4 本章小结
参考文献
第6章 总结与展望
致谢
在读期间发表的学术论文
本文编号：3786412
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 功能性DNA分子器件简介
1.2 DNA分子器件的种类
1.2.1 DNA分子传感器
1.2.1.1 基于链杂交反应的DNA传感器
1.2.1.2 基于核酸适配体的DNA传感器
1.2.1.3 基于DNA酶的DNA传感器
1.2.2 DNA分子开关
1.2.2.1 DNA发夹环开关
1.2.2.2 三链和i-motif开关
1.2.2.3 G-四链体开关
1.2.3 DNA逻辑门与逻辑电路
1.2.3.1 DNA逻辑门
1.2.3.2 DNA逻辑电路
1.2.4 DNA分子框架
1.2.5 DNA分子机器
1.2.5.1 DNA分子马达
1.2.5.2 DNA步行者
1.3 功能性DNA分子器件的应用
1.3.1 化学和生物传感
1.3.2 重大疾病检测
1.3.3 药物运输及疾病精准治疗
1.4 总结与展望
1.5 本论文选题及主要工作
参考文献
第2章 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的DNA分子器件的构建及传感应用
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂
2.2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳
2.2.3 荧光发射光谱
2.2.4 原子力显微镜成像
2.2.5 圆二色谱
2.3 结果与讨论
2.3.1 2-氨基嘌呤凸环在DNA双链和G-四链体中的荧光性质研究
2.3.2 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的“Turn-off/on”DNA传感器
2.3.3 基于2-氨基嘌呤凸环荧光增强效应的DNA三链开关
2.3.4 用于K+/Pb2+定量检测的无标记可逆分子传感器
2.4 本章小结
参考文献
第3章 DNA纳米开关控制的可逆纳米传感器
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂和仪器
3.2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳
3.2.3 荧光发射光谱
3.3 结果与讨论
3.3.1 “ATP响应的纳米传感器”的组装
3.3.2 ATP的绑定机制
3.3.3 DNA纳米传感器检测ATP
3.3.4 可逆性
3.3.5 可逆纳米传感器的通用性
3.4 本章小结
参考文献
第4章 活细胞内动态响应的可重构仿生DNA框架纳米平台用于亚细胞荧光成像
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂和仪器
4.2.2 mono-TDN的制备和二聚操控
4.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳
4.2.4 原子力显微镜成像
4.2.5 细胞外荧光表征
4.2.6 激光共聚焦荧光成像
4.2.7 MTT实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 验证双分子i-motif诱导mono-TDN的二聚能力
4.3.2 细胞外表征3WJ/4WJ-TDN的粒径与二聚过程
4.3.3 细胞内表征FNA纳米平台对溶酶体内ATP的动态响应
4.4 本章小结
参考文献
第5章 二聚DNA框架传感器用于逻辑响应细胞外微环境及增强AS1411跨膜内吞效率
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂和仪器
5.2.2 TDN单体的制备
5.2.3 聚丙烯酰胺凝胶电泳
5.2.4 原子力显微镜成像
5.2.5 荧光发射光谱
5.2.6 激光共聚焦荧光成像和光漂白实验
5.3 结果与讨论
5.3.1 细胞表面固定的二聚体FNA纳米平台的构建
5.3.2 于细胞膜上锚定的二聚FNA纳米平台作为细胞外环境pH传感器
5.3.3 AND逻辑门控制的FNA传感器
5.3.4 利用FNA逻辑平台增强AS1411跨膜内吞效率
5.4 本章小结
参考文献
第6章 总结与展望
致谢
在读期间发表的学术论文
本文编号：3786412
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