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纳米材料介导的比率荧光生物传感器的构建用于microRNA检测及活细胞成像

2020-12-10阅读(586)

纳米材料介导的比率荧光生物传感器的构建用于microRNA检测及活细胞成像

论文摘要

MicroRNAs（miRNAs）是一类短的（约18-24个核苷酸）、内源性、非编码RNA分子。miRNA通过调节mRNA的降解或抑制其翻译调控基因的表达从而调控各种生物过程,包括细胞分化、细胞增殖和细胞凋亡等。大量研究表明,miRNA的异常表达与癌症、心血管疾病和阿尔茨海默病等各种疾病密切相关,可作为疾病诊断和预后的潜在标志物。实现细胞内miRNA的可视化检测对于更好地了解其在细胞周期中的作用并进一步阐明其在临床诊断中的生物学功能至关重要。基于以上分析,构建了纳米材料介导的比率荧光生物传感器,实现了miRNA灵敏、准确检测并将其用于细胞成像。本文共分为三章:第一章为绪论,主要概述了 miRNA的产生、形成机制、研究意义以及目前国内外已有的miRNA传统和新型检测方法,并介绍了本文主要解决的科学问题和研究内容。第二章构建了 MnO2纳米片介导的比率荧光生物传感器,并用于miRNA的检测和细胞内成像。该生物传感器由三部分组成:可用作DNA载体的MnO2纳米片、荧光供体FAM标记的发夹探针H1（识别探针）以及荧光受体TAMRA标记的发夹探针H2（放大探针）。当传感器进入细胞后,MnO2纳米片被细胞内谷胱甘肽还原为Mn2+,同时,释放被吸附的发夹探针H1和H2。细胞内目标miRNA-21与H1的识别单元杂交以启动催化发夹自组装（Catalyzed hairpin assembly,CHA）并产生大量的H1-H2双链体。这使荧光供体FAM和荧光受体TAMRA相互靠近并产生荧光共振能量转移（Fluorescence resonance energy transfer,FRET）,使供体信号降低,受体信号增强,诱导比率荧光响应,从而实现miRNA-21的检测。此外,该方法可以用于区分HeLa、HepG-2和L02细胞中miRNA-21的表达水平。这些结果表明,该生物传感器在miRNA相关疾病的早期诊断中具有很大的应用价值。第三章基于多重FRET构建生物编码荧光传感器,用于miRNA的多重检测和细胞内成像。该传感器由MnO2纳米片和四条单链DNA探针（P1-AF 488、P2-Cy3、P3-AF488和P4-AF594）组成。作为DNA纳米载体,MnO2纳米片可以通过细胞的内吞作用将探针递送进细胞。探针P1-AF 488和探针P2-Cy3序列与miRNA-373部分互补,探针P3-AF 488和P4-AF 594序列与miRNA-96部分互补。当探针被递送进细胞后,在相应目标miRNA的存在下,P1-AF 488和P2-Cy3以及P3-AF 488和P4-AF 594形成双链结构,使供体和受体相互靠近发生FRET,从而使荧光信号发生改变。此外,可以将输出的特定的荧光颜色作为代码,将miRNA的存在情况转换为不同的荧光颜色信号,实现miRNA的多重检测。这些结果表明,该生物传感器为细胞内miRNA的同时检测提供了新工具,有望为癌症的诊断和治疗提供更准确的信息。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号与缩写
  • 第一章 绪论
  •   1.1 MicroRNA简介
  •     1.1.1 MicroRNA的发现及形成
  •     1.1.2 MicroRNA的作用机制
  •   1.2 MicroRNA的检测意义
  •   1.3 MicroRNA的检测方法
  •     1.3.1 传统的microRNA检测方法
  •     1.3.2 新型的microRNA检测方法
  •   1.4 本论文解决的科学问题和研究内容
  •     1.4.1 解决的科学问题
  •     1.4.2 研究内容
  •   参考文献
  • 第二章 二氧化锰纳米片介导的比率荧光生物传感器用于microRNA的检测和细胞内成像
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 材料与试剂
  •     2.2.2 仪器
  •   2.3 实验步骤
  • 2纳米片的合成'>    2.3.1 MnO2纳米片的合成
  •     2.3.2 miRNA-21的体外荧光比率检测
  •     2.3.3 凝胶电泳实验
  •     2.3.4 细胞培养
  •     2.3.5 细胞毒性分析
  •     2.3.6 荧光成像
  •   2.4 结果与讨论
  •     2.4.1 实验原理
  • 2纳米片的合成与表征'>    2.4.2 MnO2纳米片的合成与表征
  •     2.4.3 可行性验证
  •     2.4.4 实验条件优化
  •     2.4.5 稳定性考察
  •     2.4.6 灵敏度考察
  •     2.4.7 特异性考察
  •     2.4.8 细胞成像
  •   2.5 结论
  •   参考文献
  • 第三章 基于FRET的生物编码荧光传感器用于microRNA的多重检测与细胞内成像
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 材料与试剂
  •     3.2.2 实验仪器
  •   3.3 实验步骤
  • 2纳米片的合成'>    3.3.1 MnO2纳米片的合成
  •     3.3.2 多重FRET可行性验证
  •     3.3.3 凝胶电泳实验
  •     3.3.4 细胞培养
  •     3.3.5 细胞毒性分析
  •   3.4 结果与讨论
  •     3.4.1 实验原理
  • 2纳米片的合成与表征'>    3.4.2 MnO2纳米片的合成与表征
  •     3.4.3 多重FRET可行性验证
  •     3.4.4 实验条件优化
  •     3.4.5 稳定性考察
  •     3.4.6 灵敏度考察
  •     3.4.7 特异性考察
  •     3.4.8 细胞毒性分析
  •   3.5 结论
  •   参考文献
  • 致谢
  • 硕士期间发表论文
  • 附件
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王帅

    导师: 姜玮

    关键词: 纳米片,比率,检测,细胞成像

    来源: 山东大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,医药卫生科技,信息科技

    专业: 生物学,化学,生物医学工程,自动化技术

    单位: 山东大学

    基金: 国家自然基金

    分类号: R318;O657.3;TP212

    总页数: 84

    文件大小: 7255K

    下载量: 216

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