DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)分析

王 玲

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710014）

在生物醫(yī)學(xué)的檢測(cè)領(lǐng)域中，進(jìn)行納米量級(jí)的微觀距離測(cè)量，應(yīng)用最為廣泛并且最多的是熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，也就是我們通常所說(shuō)的“光學(xué)尺’技術(shù)。同時(shí)，在生物醫(yī)學(xué)的測(cè)量標(biāo)記中，由于量子點(diǎn)由于本身在實(shí)際應(yīng)用中，不僅具有量子產(chǎn)量高以及熒光壽命長(zhǎng)等特征，同時(shí)還具有激發(fā)普寬、發(fā)射譜窄，能夠通過(guò)調(diào)整粒子尺寸進(jìn)行不同顏色熒光需求的滿足實(shí)現(xiàn)，在生物大分子標(biāo)記應(yīng)用中，具有非常突出的特征優(yōu)勢(shì)。因此，在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中，將熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)與量子點(diǎn)特征結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)應(yīng)用與研究，并且越來(lái)越受到關(guān)注和重視?；诹孔狱c(diǎn)的DNA納米傳感器模型，就是這樣的背景與基礎(chǔ)下研究產(chǎn)生的，它在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中，不僅對(duì)于量子點(diǎn)的熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)檢測(cè)應(yīng)用中的能量轉(zhuǎn)移效率低的局限性問(wèn)題，有很大的改善與克服提高，并且在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中，檢測(cè)靈敏度也非常高，具有比較突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本文將主要在對(duì)于DNA納米傳感器模型原理分析的基礎(chǔ)上，將ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)與DNA納米傳感器模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)DNA納米傳感器的熒光成像功能技術(shù)，并在實(shí)際的DNA檢測(cè)中進(jìn)行應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

1 DNA納米傳感器模型與技術(shù)分析

基于量子點(diǎn)的DNA納米傳感器模型，主要是一種通過(guò)將毛細(xì)血管和雪崩二極管作為主體的熒光強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，以對(duì)于溶液中的 DNA或者是RNA片段進(jìn)行測(cè)量分析與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，它對(duì)于傳統(tǒng)的量子點(diǎn)熒光共振能量轉(zhuǎn)移檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)應(yīng)用中的能量轉(zhuǎn)移效率低問(wèn)題，有很大的克服與改善，并且具有檢測(cè)靈敏度高的特征，具有相對(duì)比較廣泛的應(yīng)用。如下圖1所示，為DNA納米傳感器模型的結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖。

如上圖所示，在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于30個(gè)堿基數(shù)的特定DNA片段進(jìn)行檢測(cè)實(shí)施，就需要分別進(jìn)行5’端和3’端的制作，以進(jìn)行有熒光染料Cy5報(bào)告探針和有生物素捕獲探針的修飾應(yīng)用，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，進(jìn)行制作的這兩個(gè)端頭會(huì)與需要進(jìn)行檢測(cè)的DNA片段堿基相互進(jìn)行配對(duì)互補(bǔ)。在進(jìn)行DNA檢測(cè)過(guò)程中，如果進(jìn)行檢測(cè)的溶液樣品中包含有特定的DNA片段，那么捕獲探針和報(bào)告探針就會(huì)分別與包含DNA片段進(jìn)行配對(duì)互補(bǔ)，形成雜交聚合體，并進(jìn)行生物素與有熒光料之間的連接實(shí)現(xiàn)，這時(shí)再進(jìn)行由鏈霉親和素修飾過(guò)表面的量子點(diǎn)的加入，量子點(diǎn)表面的鏈霉親和素就會(huì)與生物素之間進(jìn)行反應(yīng)結(jié)合，這時(shí)雜交聚合體就會(huì)被量子點(diǎn)進(jìn)行捕獲，并形成一種納米傳感聚合體。通常情況下，在納米傳感聚合體中，一個(gè)量子點(diǎn)供體會(huì)與多個(gè)有熒光料受體之間進(jìn)行外連，這樣一來(lái)就會(huì)大大提高量子點(diǎn)和有熒光料之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移效率，這也是DNA納米傳感技術(shù)與熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)之間的區(qū)別。

如下圖2所示，為DNA納米傳感器進(jìn)行DNA檢測(cè)過(guò)程中，量子點(diǎn)與有熒光料的激發(fā)普與發(fā)射譜示意圖。在下圖所示的量子點(diǎn)激發(fā)普中，如果使用一定的激發(fā)光進(jìn)行照射，就能夠發(fā)現(xiàn)明顯的有熒光受體，也就意味著該檢測(cè)樣品中有特定DNA片段存在。

圖1 DNA納米傳感器模型的結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖

圖2 量子點(diǎn)與有熒光料的激發(fā)普與發(fā)射譜示意圖

2 ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的分析介紹

通常情況下，ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)中，主要包括具有一定發(fā)射波長(zhǎng)的氬離子激光器以及雙波長(zhǎng)分束器、像增強(qiáng)型CCD、系統(tǒng)控制和圖像處理軟件、安裝有全內(nèi)反射熒光專用油浸物鏡的一種倒置顯微鏡等，一般，ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)中激光器的光功率密度多調(diào)制在17.6W·cm-2上。如下圖3所示，為ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)裝置示意圖。

圖3 ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)裝置示意圖

在ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)中，顯微鏡中的二色片以及長(zhǎng)通濾波片主要是用于進(jìn)行篩選物鏡收集的光信號(hào)信息，而系統(tǒng)中雙波長(zhǎng)分束器中的二色片以及兩塊濾波片，在實(shí)際檢測(cè)成像應(yīng)用中，其應(yīng)用參數(shù)分別設(shè)置為630dcxr以及D680/35、S605/40等。在ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)中，系統(tǒng)中應(yīng)用的濾波片，主要是根據(jù)激發(fā)光的波長(zhǎng)以及量子點(diǎn)、有熒光料的光譜情況進(jìn)行選擇決定的。通常情況下，ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)檢測(cè)應(yīng)用中，雙波長(zhǎng)分束器分別會(huì)將供體熒光和受體熒光成像顯現(xiàn)在ICCD的左右兩邊兩個(gè)區(qū)域之中，這樣一來(lái)，既可以實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)ICCD探測(cè)器進(jìn)行熒光供體與熒光受體的同時(shí)拍攝，也有利于對(duì)于熒光能量共振轉(zhuǎn)移效率進(jìn)行觀測(cè)分析，具有一定的特征優(yōu)勢(shì)。如下圖4所示，為ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)中濾波片與二色片的譜圖示意圖。

圖4 ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)濾波片與二色片譜圖示意圖

在進(jìn)行DNA奈米傳感器熒光成像技術(shù)的試驗(yàn)中，對(duì)于ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，最好采用全內(nèi)反射激發(fā)熒光方式進(jìn)行分析應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，這樣在實(shí)際激發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，能夠只對(duì)于貼近界面100nm范圍以內(nèi)的樣品進(jìn)行激發(fā)實(shí)現(xiàn)，不僅能夠有效的減小激發(fā)的體積，而且對(duì)于激發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的背景噪音也有很好的控制與減小，同時(shí)具有較高的信噪比，對(duì)于檢測(cè)試驗(yàn)樣品的光損傷與光漂白作用也比較小，具有積極的作用意義，在活細(xì)胞檢測(cè)試驗(yàn)中的適用性非常高。

3 DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)分析

根據(jù)上文所述內(nèi)容可以知道，實(shí)現(xiàn)DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)，主要是在對(duì)于DNA納米傳感器模型與ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，因此，為驗(yàn)證DNA納米傳感器模型與ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)的可行性，就需要通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行分析驗(yàn)證。下文主要從DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)對(duì)于目標(biāo)DNA片段的檢測(cè)，以及對(duì)于DNA捕獲的實(shí)時(shí)觀測(cè)、進(jìn)入活細(xì)胞的熒光共振能量轉(zhuǎn)移觀測(cè)等試驗(yàn)結(jié)果中，對(duì)于DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)進(jìn)行分析論述實(shí)現(xiàn)。

首先，DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)在進(jìn)行目標(biāo)DNA片段的檢測(cè)試驗(yàn)中，主要是進(jìn)行了量子點(diǎn)和多受體之間進(jìn)行熒光共振能量轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，假定量子點(diǎn)的直徑以及熒光量子產(chǎn)率、表面修飾鏈霉親和素的數(shù)量等參數(shù)一定，在確定需要檢測(cè)試驗(yàn)DNA的包含成分后，進(jìn)行檢測(cè)實(shí)施。根據(jù)試驗(yàn)情況可知，由于被檢測(cè)樣品中含有目標(biāo)DNA的存在，因此在與DNA 堿基互補(bǔ)配對(duì)情況下，雜交聚合體會(huì)與相應(yīng)聚合體發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。其次，在進(jìn)行DNA捕獲的實(shí)施觀測(cè)與進(jìn)入活細(xì)胞發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移觀測(cè)階段，DAN納米傳感器熒光成像技術(shù)，會(huì)根據(jù)DNA納米傳感器模型捕獲探針與報(bào)告探針的捕獲報(bào)告情況，在與DNA片段進(jìn)行雜交聚合后，形成雜交聚合體，進(jìn)行生物素和有熒光料之間的連接實(shí)現(xiàn)，并在量子點(diǎn)作用下在生物素和量子點(diǎn)表面結(jié)合過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)于雜交聚合體的捕獲與成像顯現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)，是在對(duì)于DNA納米傳感器模型以及ICCD熒光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)的一種對(duì)于DNA片段的檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)，它在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛，并且具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行該技術(shù)的分析論述，有利于提高該技術(shù)的檢測(cè)應(yīng)用水平，促進(jìn)該技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用推廣，具有積極的作用和意義。

[1] 鄧楚蕓，李佳敏，馬萬(wàn)云.DNA納米傳感器熒光成像技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析.2010（1）.

[2] 王燕，何曉曉，王柯敏，譚蔚泓.內(nèi)參比pH納米傳感器用于不同抗腫瘤藥物作用的Hela細(xì)胞內(nèi)pH變化的測(cè)量[J].化學(xué)傳感器.2008（1）.

[3] 趙薇，張志凌，龐代文.量子點(diǎn)熒光標(biāo)記技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].化學(xué)傳感器.2008（1）.

[4] 任娟，代雯樂(lè)，付欣，蘇夢(mèng)，蔡晶晶，馬占芳.金團(tuán)簇的熒光性質(zhì)及其生物應(yīng)用[J].化學(xué)通報(bào).2011（8）.

[5] 李杜，何曉曉，王柯敏，何春梅.無(wú)機(jī)硅殼類納米顆粒對(duì)細(xì)胞的毒性檢測(cè)[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào).2002（6）.

[6] 夏兵，董琛，陸葉，陳金慧，施季森.納米材料在植物細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2011（6）.

[7] 任輝，張陽(yáng)德.納米技術(shù)在生物系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)診斷學(xué).2008（7）.