多色纳米信标研究获得进展

2010/02/02 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
分子信标(Molecular beacon)是一种基因检测的重要方法,其基本原理是通过设计DNA茎环结构来构建荧光分子-淬灭剂对,茎环结构在检测到靶基因时会发出很亮的指示荧光。上海应用物理所物理生物学实验室的研究人员构建了一种“多色纳米信标(Multicolor nanobeacon)”,并应用该探针实现多种肿瘤基因标志物的同步检测。相关论文以Frontpiece形式发表在近期Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 8670(见图)。Nature China在研究亮点(Research highlight)中对该工作进行了报道。
在常规分子信标中,由于有机淬灭剂与荧光分子之间的光谱匹配程度问题,构建多色探针同时检测多基因标志物受到较大的限制。金纳米粒子具有特别的纳米界面能量转移特性(Nanoscale surface energy transfer, NSET),对几乎所有的荧光分子都具有极高的淬灭效率。利用金纳米粒子的这一显著特性可以研制成高灵敏的纳米信标探针,该纳米信标具有较快的DNA杂交动力学,可以在分钟量级检测到特异性的靶基因,并表现出类似于普通分子信标的热力学特性,其高选择性可以分辨单碱基变异。另外,由于纳米粒子表面积大,可以负载足够多的DNA探针,从而可以组装构造多色信标——“多色纳米信标”。该研究展示了应用“多色纳米信标”对P16, P21和P53等三种肿瘤抑制基因进行同时荧光检测,结果表现出很好的灵敏度和特异性,能够检测低至pM的基因并可以很好的区分单碱基变异。由于此前研究表明,纳米金和DNA的复合物能够高效透过细胞膜,因此这一“多色纳米探针”将有望用于细胞内多事件的同时探测。
多色纳米信标的原理还可用于构建基于核酸适配体的多色纳米生物传感器。研究人员将核酸适配体与靶分子的高特异性识别行为与纳米金对荧光的超强淬灭能力结合起来,制备了可同时灵敏检测可卡因、腺苷和钾离子的多色纳米金探针。相关工作发表在Small,2010,6,201。此外,石墨烯作为另一种片层纳米材料,其NSET效应对荧光染料也具有很高的淬灭效率。分子动力学及实验结果表明,氧化石墨烯与单双链DNA之间的相互作用差别显著,荧光染料标记的单链DNA能够吸附在石墨烯表面从而导致荧光淬灭;而双链DNA与石墨烯之间的作用则很弱。在此基础上,研究人员发展了一种基于氧化石墨烯的多色荧光探针,用于多种基因的同时快速灵敏检测,相关研究结果发表在Advanced Functional Materials, 2010, DOI: 10.1002/adfm.200901639。


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