万靖开题报告

1、研究生学位论文开题报告（学术学位 理工类）题目：基于DNA-铜纳米粒子为探针的荧光生物传感器的构建及应用姓 名 万 靖 学 院 化学与材料科学学院 专 业 分析化学 研究方向 光分析化学 指导教师 王广凤 培养类别 学术型硕士 填表日期 2016年3月23日 安徽师范大学研究生院制表填 表 说 明1. 研究生论文写作工作，必须通过开题报告会审核后方可开始。2. 本表一式四份，学院留存一份，导师、研究生各留存一份，留存学位档案一份。3. 研究生培养类别是指博士、学术学位硕士、专业学位硕士、同等学力硕士。4. 具体页数随内容附加。5. 用A3纸打印、装订。一、 文献综述光学生物传感器是指以光学信号

2、变化量为测定信息的一类传感器，光学信号种类很多，包括荧光、磷光、散射、化学发光、干涉、折射、表面、波导等，这些信号都可以作为检测的方式。光学生物传感器具有灵敏度高、选择性强、不受电磁干扰影响，能进行遥感、能用一个简单的装备同时检测多种物质等优点，也是目前研究最为广泛的一种类型的生物传感器。光学生物传感器作为一种强大的检测手段和分析工具已经被广泛地应用到了生物医学研究、医疗保健、医药、环境监测、国土安全、国防等多个领域1。在众多光学信号中，荧光和磷光都属于光致发光，是分子、原子吸收光辐射时被激发，然后发射出和吸收波长相同或者更长光的现象。区别在于荧光是一种光致冷发光的现象，即一旦停止入射光，光的

3、发射现象也立刻停止。荧光生物传感器是光学生物传感器的重要组成成员之一。荧光生物传感器是通过将生物识别元件上的生物信号转换成荧光信号，通过研究荧光分子的光谱谱线位置和强度大小，来实现目标物的定性和定量分析。对荧光物质的检测通常借助于荧光的增强、淬灭或者发射波长的移动，同时荧光信号的强度也反应了目标物的存在情况或是目标物和生物识别分子之间相互作用的强度。由于荧光检测方法操作简单、方便、快捷且有比较高的灵敏度，检出限往往能达到单分子水平2，使得该方法在药物、临床、环境、食品的微量、痕量分析以及生命科学研究领域具有重要意义，已成为光化学传感器技术研究者倍感兴趣的研究领域，在日常的分析检测中也得到了普遍

4、的应用。荧光生物传感器通过将生物识别元件上的生物信号转换成荧光信号来实现对目标物的检测。荧光信号的强度反应了目标物的存在情况或是目标物和生物识别分子之间相互作用的强度，因此可以作为定性与定量分析的依据。构建荧光生物传感器时，在生物识别分子上标记荧光团，并以此作为信号报告基团是最常用的方法。常用的荧光团包括两类：一类是自身具有荧光的有机物质，比较常用的有：荧光素、罗丹明、嵌入染料SYBR Green等，其中，嵌入染料SYBR Green能直接与DNA双螺旋小沟区域结合，而大部分的有机荧光物质是需要通过化学键合的作用连接到生物分子上或是固定相上，制备成标记了的探针后，再作为分子识别元件应用到荧光生

5、物传感器中；另一类荧光团是纳米发光材料，随着纳米技术的进步与发展，以及学科之间的交叉融合，在荧光生物传感器中，也引入了纳米材料这个新兴元素。迄今为止，一些具有光致发光性能的纳米材料，如：金属纳米簇、量子点、上转换材料等都很好的应用到了荧光生物传感器中。DNA-金属纳米荧光材料是一种新型无标记荧光探针，由于相较于传统的有机染料而言，其优越的耐光性，便捷的合成方法，分析时间长，低毒性，高荧光量子产率，合成简便、荧光发射可调、良好的光学稳定性和生物相容性等优点3，使其在生物化学和生物医药的应用上展示出优越的潜在性能。此外在建构DNA相关的生物传感器时，一般不需进行共价修饰或者标记过程，步骤简单、成本

6、低，为无标记生物传感器的构建提供良好的选择。DNA-金属纳米荧光材料用于DNA相关的生物传感器的构建时，一般不需要进行共价修饰或者标记过程，此外DNA-纳米材料在生物传感中的应用具有诸多优势：模板易和成、可设计。相较于其他聚合物模板，DNA模板可以通过简单设计合成获得；特殊的分子识别能力。以DNA为模板的金属纳米粒子具有良好的分子识别能力，包括互补的碱基序列的识别，特异性地识别多种分析物（包括金属离子、有机小分子、肽、蛋白质等）。随着DNA的特性的深入研究，DNA-银纳米簇用于生物传感器的研究逐渐兴起。2002年Dickson研究组发现了富C（胞嘧啶）的DNA对银纳米簇的稳定4后，DNA-银纳

7、米簇用于生物传感器的研究逐渐受到人们的关注。相较于DNA-银纳米簇的研究，DNA-铜纳米粒子是一种新兴出现的以DNA为模板的荧光金属纳米粒子。制备铜纳米材料的最为常用的方法之一是液相化学还原法，通过可溶性铜盐前驱体和还原剂在液相中发生的氧化还原反应，使得Cu2+被还原成铜原子，而后生长成不同形貌的铜纳米材料。2010年，Rotaru等5首次基于液相还原法制备了具有发光性能的双链 DNA-铜纳米颗粒（dsDNA-CuNPs）探针。其基本原理是：Cu2+被抗坏血酸盐还原后形成Cu原子，Cu原子在双链DNA模版上团聚而形成有稳定荧光发射的铜纳米颗粒。与其它具有发光性能的纳米颗粒相比，以双链DNA为模

8、版制备的铜纳米颗粒具有许多优点，如：制备过程简单、成本低、荧光稳定。同时，所形成的铜纳米颗粒的大小和其荧光强度的高低是可以通过控制DNA双链的长度来调节。随后，研究者们基于发光性能的铜纳米颗粒构建出了多种不同用途的荧光生物传感器。除了这种双链DNA-铜纳米粒子的研究，Wang Kemin小组还报道了Poly-T（聚胸腺嘧啶）的单链DNA-Cu纳米粒子并利用其荧光性质检测了核酸酶6。Poly-T（聚胸腺嘧啶）为模板形成的DNA-铜纳米粒子比DNA-银纳米簇和dsDNA-铜纳米粒子有更快及更便捷的合成速度和方法，比如DNA-银纳米簇合成条件：避光4°C放置24小时，dsDNA-铜纳米粒子

9、合成条件：室温> 1小时。因此，Poly-T为模板形成的DNA-铜纳米粒子更有利于构建新型的生物传感平台。尽管Poly-T为模板形成的DNA-铜纳米粒子作为荧光探针已经在检测胰岛素7，巯基化合物8和蛋白质9上有所涉及，但是在生物化学上的应用仍然处在初级阶段。本论文拟以DNA-铜纳米粒子为探针构建新型的DNA基荧光生物传感器，实现了快速、非标记、灵敏地检测核生物分子，同时也考察了所提出的荧光传感器在复杂生物体系中应用的可行性。二、研究目标、研究内容及拟解决的关键问题研究目标：DNA-铜纳米粒子为探针构建新型的DNA基荧光生物传感器，检测各类的生物分子。研究内容：利用铜纳米颗粒能以单链Pol

10、y-T为的特性，构建新型的DNA基荧光生物传感器。以引起体系荧光信号的变化为基础，研究考察该新型荧光生物传感器对不同分析对象的响应，构建灵敏、快速的检测方法。拟解决的关键问题：DNA-铜纳米粒子的制备单一，可控性较难。构建DNA基荧光传感器体系受环境影响较大。三、研究特色与创新之处研究特色：基于DNA-铜纳米粒子的诸多优点，建立新型的DNA基荧光生物传感器。创新之处：基于无标记的Poly-T的单链DNA-铜纳米粒子与目标DNA调节的光诱导电子转移体系构建的荧光生物传感器四、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法：通过文献的阅读，掌握制备DNA-铜纳米粒子的方法；掌握荧光分光光

11、度计的使用方法，探索DNA-铜纳米粒子的激发和发射波长；通过高分辨透射电镜观察DNA-铜纳米粒子的基本形貌；通过电化学方法证明特征机理。技术路线：实验方案：拟以乙肝病毒DNA为目标DNA，研究光诱导的电子转移在DNA-铜纳米粒子和G-四连体/血晶素复合物之间的机理，并以此检测目标DNA。Poly-T为单链DNA-铜纳米粒子发光为模板探针，利用G-四连体和铜纳米粒子之间产生光诱导电子转移使铜纳米粒子的发光产生猝灭的现象，制备出单链DNA-铜纳米粒子与光诱导电子转移体系构建荧光传感器，利用目标DNA和探针结合形成结构紧凑的体系拉远G-四连体和铜纳米粒子之间距离的原理，实现了对目标DNA灵敏性、特异

12、性的检测。可行性分析：Poly-T为单链DNA在抗坏血酸和硫酸铜的作用下，制备出DNA-金属纳米粒子，与G-四连体DNA在血晶素的作用下，发生了猝灭的现象。五、研究工作进度和计划201409-2015.1 阅读文献，学习有关DNA基荧光生物传感器的原理及应用2015.03-2015.06 选择课题，进行相关的文献调研，并掌握相关的科研动态及方向2015.06-2015.11 根据选择的课题进行实验设计，探索实验的可行性、研究目的及研究意义2015.12-2016.04 深入实验研究，探索优化条件和实际应用，撰写文章2016.04-2016.11 课题拓展，设计多体系，丰富研究内容2016.12

13、-2017.03 论文总结，参加答辩六、研究基础（目前已做的工作和已有成果）1、实验原理示意图：B A 2、Poly-T为模板的DNA-铜纳米粒子的表征C 3、示意图A的可行性研究4、示意图B的可行性研究5、目标DNA的线性关系的研究七、主要参考文献1 Narayanaswamy R, Wolfbeis O S, 2004. Optical Sensors. Springer New York.2 Moerner W. New directions in single-molecule imaging and analysis. 2007, 104, 12596 -126023 Li, C.,

14、 Qiu, X., Hou, Z., Deng, K., Biosens. Bioelectron. 2015, 64, 505-5104 Choi, S., Dickson, R. M., Yu, j. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1867-18915 Rotaru A, Dutta S, Jentzsch E, et al. Angewandte Chemie International Edition, 2010, 49, 5665-56676 Wang, H.B., Zhang, H.D., Chen, Y., Liu, Y.M., Biosens. Bioel

15、ectron., 2015, 74, 581586. 7 Ou, L. J., Li, X.Y., Li, L. J., Liu, H. W., Sun, A. M., Liu K. J., Analyst, 2015, 140, 1871-1875.8 Wang, H.B., Zhang, H.D., Chen, Y., Liu, Y.M., Biosens. Bioelectron., 2015, 74, 581586. 9 Zhang, L.L., Zhao, J.J., Zhang, H., Jiang, J.H., Yu, R.Q., Biosens. Bioelectron. 2013, 44, 69.导师意见： 导师签字： 年 月 日审核小组评议意见评议项目评议意见（请在括弧内画）论文选题的意义和价值好（ ）较好（ ）一般（ ）较小（ ）论文难度与工作量是否适度偏高（ ）适当（ ）偏低 ( )低（ ）研究方案的可行性好（ ）较好（ ）一般 （ ）不可行（ ）开题报告中反映的创新能力