纳米金与生物分子的相互作用及生物传感检测

系统地分析了纳米金与生物分子的相互作用,并从光学比色分析、荧光分析、电化学检测、质量变化检测等几个方面入手,详细介绍了纳米金在DNA检测领域中的应用。     

同步辐射真空紫外圆二色谱技术在DNA结构研究中的应用

圆二色谱(Circular dichroism,CD)技术是DNA结构研究的有力工具之一。目前,一般的CD光谱仪只可获得190 nm波长以上的CD信号,并且在190-220 nm波长范围内因受到空气、溶剂、缓冲液及盐离子浓度等的影响而噪音很大,并无太大的实用价值。同步辐射圆二色谱技术(Synchrotron radiation circular dichroism,SRCD)的发展,使得在真空紫外(Vacuum ultraviolet,VUV)区获得DNA结构的CD信号成为可能,目前已成为研究DNA结构的一种新的有力手段。本文首先介绍了SRCD技术的原理和特点,尤其是在DNA结构研究中的优势,然后概述了DNA的结构及影响CD信号的因素,最后以几种典型的DNA结构为例分析了它们的SRCD特征图谱。     

亚细胞结构的超高分辨成像研究

本文介绍了3种常用的亚细胞结构成像技术包括荧光超分辨显微成像术、软X-射线显微镜和三维冷冻电镜的成像原理,细胞成像应用及所存在的问题。并提出多种显微镜联用的关联显微术由于结合了多种显微镜的优势,能够提供多方位信息,丰富细胞生物学的研究,有可能给细胞学带来全新的认识。     

哑铃状纳米金的合成及其光吸收效应的研究

通过在DNA组装的纳米金棒上实现金的再生长,我们合成了一种哑铃状的复合金纳米结构。通过紫外-可见吸收发现,该结构在较小的尺寸下,表现出良好的近红外吸收特性,这为进行深层组织光热治疗提供了一种良好的载体。另外,通过改变还原剂与氯金酸的比率及还原剂的种类,可以得到金棒两端生长"刺状突起"和"海胆状"金纳米结构。由于这两种结构具有较大的比表面使其在表面增强拉曼和金属催化等方面具有潜在的应用;同时该结构可用于包裹标记同位素作为放射性药物进入细胞或体内的载体。     

基于氧化石墨烯淬灭效应的DNA传感器特异性检测三聚氰胺

三聚氰胺(Melamine)在食品中的违规添加造成了严重的社会后果,引起了人们对三聚氰胺及其衍生物的普遍关注。本文利用氧化石墨烯(GO)独特的淬灭效应,以及GO与DNA和三聚氰胺相互作用的差异,建立了一种简便快速、特异性好的三聚氰胺检测方法。GO吸附荧光标记寡核苷酸(Fam-DNA)并导致荧光淬灭,得到低荧光的复合物,加入三聚氰胺后,GO与三聚氰胺的强相互作用导致DNA从GO表面脱落下来,荧光得到恢复。加入对照样品葡萄糖、麦芽糖、果糖等,荧光值没有明显升高。相比于以往检测三聚氰胺的方法,该方法操作简便、成本低廉、特异性好,适用于大量样品的快速初步筛选。     

用于光电化学水分解的高光氢转换效率TiO2纳米棒阵列

半导体一维纳米材料具有独特的光电性质,且相对于零维纳米颗粒,具有良好的电子传输途径,因而在光电化学(PEC)分解水中有着重要的应用前景。TiO2纳米棒和纳米线已被证实具有优良的PEC性质。本文采用水热方法在氟掺杂二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了紧密规整的金红石型TiO2纳米棒阵列,研究了活化温度对TiO2纳米棒电极的光活性影响,并计算其光氢转换效率。该光氢转换效率高于同类报道的数据。     

光化学制备用于链亲和素固定的胺基磁性纳米凝胶的研究

本工作提出制备胺基磁性纳米凝胶的一种改进方法。在含有烯丙基胺的Fe304水分散液中,运用紫外光辐照引发烯丙基胺原位聚合,一步法制备了聚烯丙基胺磁性纳米凝胶（Polyallylamine magnetic nanogels,PAA,MNGs）。透射电子显微镜（Transmission electron microscope,TEM）和光子相关光谱（Photo correlation spectroscope,PCS）表征了PAA-MNG的形貌和粒径分布;热重分析（Thermogravimetric analysis,TGA）确定了磁性成分的含量,振动样品磁强计（Vibrating sample magnetometer,VSM）测试表明其呈现超顺磁性。利用表面的伯胺基,PAA-MNGs可以方便地偶联蛋白等生物大分子。链亲和素（Streptavidin,SA）经1-乙基3-（3-二甲氨基）碳化二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化后可以共价固定在PAA—MNGs上,得到链亲和索包覆的纳米磁球（Streptavidin—coated magnetic nanoparticles,SA—MNPs）。使用探针生物素对硝基苯酯（Biotin P—nitrophenyl ester,BNPE）通过光谱检测证实了SA-MNPs的生物素结合能力。表明PAA—MNGs适合于作为载体偶联蛋白等生物大分子,并可能用于生物技术领域的诸多方面。     

超分辨光学显微镜的生物学应用

生物学家一直渴望使用无损、可实时成像的远场光学显微镜对细胞内动力学行为或者纳米尺度的蛋白质-蛋白质相互作用进行研究。由于光学衍射极限的存在,传统的远场光学显微镜无法对200纳米尺度内的这些生命活动进行观察。近年来,克服光学衍射极限的超分辨成像技术快速发展,将分辨率提高至数十纳米级别。基于超分辨技术的荧光显微镜包括受激发射损耗显微镜(STED)、光敏定位显微镜(PALM)以及随机光重建显微镜(STORM)。这些技术日趋成熟并成功应用于细胞生物学、微生物学、神经生物学等研究,为整个生命科学的发展带来全新的认识。     

多通道电化学分析仪的研制及性能测试

针对生物、化学和环境领域对集成化分析仪器的需求,提出了具有多通道同步检测功能的电化学分析仪设计与制造方案,详细介绍了仪器的主要组成部分:函数发生器、恒电位仪、电流检测模块和USB接口的具体设计。本文并对所研制多通道仪器进行了电化学实验性能测试。结果表明,所设计和研制的多通道电化学分析仪完全能够满足电化学实验中多通道分析测试的需求。     

基于催化聚合的同步辐射X射线成像标签

同步辐射X射线显微成像具有极高的空间分辨率、很好的穿透深度和优秀的能量分辨,因而在纳米分辨细胞成像领域具有巨大的应用潜力。然而,目前X射线显微技术多用于细胞结构成像,而和该技术相适合的特异性识别细胞内重要生物靶标的分子探针仍较缺乏。本工作利用同步辐射X射线良好的能量分辨特点,经体外化学催化反应成功制备了同步X射线可见的成像标签,成像分辨率达到30 nm。研究结果为进一步制备X射线敏感的分子探针,实现对细胞内生物分子的特异性识别和成像打下了良好的基础。