功能核酸构象转变引发的链取代反应在生物传感中的应用

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1、学校代号10532学号S151100944分类号密级硕士学位论文功能核酸构象转变引发的链取代反应在生物传感中的应用学位申请人姓名范琳培养单位化学化工学院导师姓名及职称聂舟教授学科专业分析化学研究方向生命科学中的新分析方法论文提交日期2018年5月18日学校代号：10532学号：S151100944密级：湖南大学硕士学位论文功能核酸构象转变引发的链取代反应在生物传感中的应用学位申请人姓名：范琳导师姓名及职称：聂舟教授培养单位：化学化工学院专业名称：分析化学论文提交日期：2018年5月18日论文答辩日期：2018年5月28日答辩委员会主席：蔡青云教授TheApplicationofStr

2、andDisplacementReactionTriggeredbyStructureTransformationofFunctionalNucleicAcidsinBiosensorbyFANLinB.S.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinAnalyticalChemistryintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorNIEZhouMay,

3、2018硕士学位论文摘要近三十年来，DNA纳米技术的发展日新月异，这不仅是因为DNA可以作为遗传信息的载体调控生命机能的运作，更重要的原因是由于DNA的碱基互补配对原则所获得的识别功能和自组装性质，令其可以作为分子识别工具、纳米结构以及动态纳米机器的基本单元。一些具有特殊功能的DNA结构可以通过分子内氢键、金属离子配位等作用形成特殊的空间结构从而具有催化及识别功能。链取代反应指两条完全互补或者部分互补的DNA单链杂交之后，通过结合立足点启动分支迁移过程，最终将一条或多条预杂交的DNA链取代下来的动态过程。现在已经发展的许多基于DNA链取代反应相关的检测方法，由于其成本低、反应条件温和

4、、选择性高、灵敏度强及程序简单等优点被广泛应用在分析检测及生物医学中。基于功能核酸识别目标物从而发生构象转变以及立足点介导的链取代反应这两方面的考虑，本文将DNA发夹结构、核酸适配体、i-motif结构、G-四链体结构等功能核酸作为结构单元结合立足点介导的链取代反应开展了如下两方面工作：（1）开发了一种功能核酸构象转变引发远端立足点介导链取代反应的检测方法，可以特异性检测小分子、金属离子、蛋白等物质。首先，我们将ATP的核酸适配体作为识别功能域引入远端立足点介导链取代反应中，当ATP存在时可以引发其核酸适配体发生构想改变进而引发链取代反应并伴随溶液中荧光强度的改变，从而可以达到检测A

5、TP的目的。这是一种全程无酶参与、反应条件温和、灵敏度高的检测方法，其检测限为1.84µM。此外，在该工作中我们还将i-motif及G-四链体结构引入功能区，分别构建了检测pH（检测范围为5.0-7.5）与响应金属离子的分析方法，进一步验证了该方法的通用性。（2）我们进一步开发了一种核酸适配体结合熵驱动循环放大的方法用于“turn-on”模式检测目标物。在该工作中，我们将ATP核酸适配体的DNA序列以及可以引发熵驱动循环放大反应DNA序列分别劈裂成两段合适的两段序列并重新组合，形成的这两条新DNA链分别具有部分核酸适配体序列和部分催化剂链序列。ATP可以与这两条DNA形成三明治夹心结

6、构成为新的催化复合物从而引发熵驱动循环放大电路的启动。该检测方法是一种无酶参与、灵敏度更高、特异性更好的通用型检测方法，其对ATP的响应范围为1-20µM，检测限0.28µM，相比于上一工作降低了一个数量级。此外，我们运用标准添加回收实验在血清中特异性检测ATP，证明了该核酸适配体结合熵驱动循环放大的检测方法能用于复杂生物基质中目标物的分析检测。关键词：DNA；核酸适配体；链取代；熵驱动；ATPII功能核酸构象转变引发的链取代反应在生物传感中的应用AbstractDNAnanotechnologyhasbeenwelldevelopedinthepastdecades.Thisisn

7、otonlybecauseDNAcanbeusedasageneticmaterialtoregulatethefunctioningoflife,butalsobecauseWatson–CrickbasepairingmakesDNAapowerfulandversatilematerialforengineeringinmolecularrecognitionandnanostructures.AnumberofalternativeDNAstruc