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基于杂交链式反应的DNA荧光传感器阵列的研究

【摘要】:荧光生物传感器阵列在临床疾病诊断和治疗、基因分析、环境监测等方面有较好的应用潜能,它能够经济、快速、灵敏、特异性地检测生物分子。大部分核酸分子之间的相似度较高,区分困难,是分析化学需要解决的重要问题;另外,一些荧光传感器阵列的构建过程比较复杂,耗费大量的人力和物力。针对这些问题,本论文构建了三种DNA荧光传感器阵列,运用无酶的熵驱动放大反应,实现了多类核酸类似物的有效区分,且该方法具有通用性强、灵敏度高等特点。在这些传感器阵列中,我们考察了杂交链式反应的交叉性,实现了DNA、RNA以及基因表达谱等的区分和识别。其研究内容如下:(1)DNA荧光传感器阵列在耐药基因中的应用:本章设计了一种基于交叉反应的DNA传感器阵列,利用杂交链式反应和熵驱动信号放大反应,用于6种乙肝病毒耐药基因的区分。该DNA传感器阵列具有较高的灵敏度,对耐药基因的响应范围为1 nM-20 nM。通过凝胶电泳和荧光检测,我们验证了该传感器阵列具有丰富的交叉反应性,并验证了杂交链式反应和熵驱动信号放大联用的可行性。经过对传感器阵列的优选,该DNA传感器阵列可以减少至由4组传感元件组成,但仍可以区分6种靶DNA,表明了该传感器阵列对6种乙肝病毒耐药基因具有良好的分析性能。另外,此荧光传感器阵列能有效区分不同的体系,包括两种不同比率的靶DNA混合液、同种靶DNA的不同浓度、复杂体系中6种靶DNA。这些结果证明了我们所设计的荧光传感器阵列具有良好的抗干扰能力和实用性,显示了在生物分析应用方面的价值。(2)DNA荧光传感器阵列在RNA中的应用:本章新设计了一种基于交叉反应的DNA传感器阵列,利用杂交链式反应和熵驱动信号放大反应,用于4种RNA(Let-7家族)的区分。该DNA传感器阵列的目标识别区域与信号放大区域分离,因此每组传感元件对熵驱动放大反应的影响相同,并且具有较强的通用性,对4种RNA的响应范围为2 nM-20 nM。另外,通过凝胶电泳和荧光检测,我们验证了该传感器阵列具有丰富的交叉反应性,并且能有效区分不同的体系,包括两种不同比率的靶RNA混合液、同种靶RNA的不同浓度、复杂体系中4种靶RNA以及靶RNA基因表达谱。(3)基于协同杂交的多维荧光传感器阵列的应用:本章设计了一种基于多重交叉反应的DNA传感器阵列,利用协同杂交反应、杂交链式反应和熵驱动信号放大反应,用于5种单碱基错配DNA的区分。通过凝胶电泳和荧光检测,我们验证了该传感器阵列的多重交叉反应性。这些结果证明了我们所设计的荧光传感器阵列具有良好的通用性,为区分和识别相似度较高的靶标提供了一种新思路。另外,基于前两章设计的两类杂交链式反应,我们利用这两类杂交链式反应的正交性,构建了一个新的DNA荧光传感器阵列,实现了不同浓度DNA、RNA组成的基因表达谱的区分,显示了在区分不同类型靶标应用方面的价值。

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