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聚合酶链式反应(PCR)是近三十年发展起来的一项DNA扩增技术,和DNA测序技术、分子克隆技术一起几乎构成了整个现代分子生物学实验工作的基础。PCR扩增DINA时特异性强,敏感性高,快速简便并且易于自动化操作,目前己广泛应用于生命科学基础研究和临床医学的各个领域。纳米材料以其独特的光学电学性质、良好的生物相容性以及和生物分子多样的结合方式,使之在纳米生物学领域得到广泛的关注。基于纳米生物学,本文主要围绕三个方面展开:(1)氧化石墨烯(GO)对PCR的优化及机制;(2)几种不同纳米粒子对PCR的影响;(3)纳米材料对dsDNA-SYBRGreenⅠ体系荧光强度的影响。
首先,在PCR的反应体系中,当GO浓度位于0.2-1.2ng/μL区间时,无论是在复杂的人类基因组和简单的质粒PCR系统中PCR的产量、灵敏度和特异性都有显著的提高。在GO的最优浓度0.8-1.0ng/μL,PCR的产量至少可以提高三倍。此外,当体系中存在有冗余的DNA时,GO辅助的PCR也能获得特异性的扩增产物。GO可以对PCR进行优化,一种可能的机理是GO对DNA模板的吸附,通过AFM的观察结果和荧光发射光谱,这一推测得到了证实。
在研究纳米材料对PCR的优化时,我们发现纳米材料的尺寸和表面性质对PCR过程均有影响。尺寸不同(5nm,13nm)的纳米金(AuNPs)都可以优化PCR,但在用量上有较大差别:尺寸不同(3nm,4nm,5nm,6nm)的量子点对PCR的优化会随着尺寸的增加而发生明显的变化,小尺寸的量子点优化效果更为明显。表面修饰有不同配体的磁性氧化铁纳米粒子(Fe203)对PCR的优化也会有明显差别,带有负电荷的表面在一定程度上有助于对PCR的优化。
另外,我们还研究了纳米粒子(GO、AuNPs、Fe203)对双链DNA(dsDNA)和SYBRGreenⅠ体系荧光的影响。结果表明纳米粒子可以使荧光强度发生很大的变化。表面带有负电荷的纳米粒子(GO、AuNPs、Fe203)能够使荧光发生明显的增强,而表面带有正电荷的Fe203纳米粒子则淬灭荧光。除了带电性质之外,纳米粒子的尺寸也是一个很重要的因素。
综上所述,纳米材料的加入,能使PCR产量、灵敏度和特异性得到显著提高,同样的,纳米材料也可以对dsDNA-SYBRGreenⅠ体系荧光产生增强或淬灭的影响,这些发现会在DNA检测等方面具有参考意义。