[發明專利]一種熒光分子開關及其熒光探針和熒光探針的應用

有效

• 申請號: 201410012942.1
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN104774147A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: 郭靜;孟晉宇;陽仁強;王婷
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所;北京三星通信技術研究有限公司
• 主分類號: C07C63/49
• 分類號: C07C63/49;C07C27/02;C12N15/11;G01N21/64
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術領域

本發明涉及熒光探針，具體的說是一種熒光分子開關及其熒光探針和熒光探針的應用。

背景技術

近幾十年內計算機的發展速度令人瞠目，然而目前基于硅芯片的集成電路的密度已接近理論極限，成為制約現代電子計算機進一步發展的技術難題。而人工智能的實現取決于計算機電路的密度和復雜性，基于此原因，目前以半導體技術為基礎的電子電路或許難以產生真正的認知能力。解決上述問題的出路在于：從觀念和技術上徹底拋開傳統的硅半導體電子器件，進而研究分子計算機，再進而發展基于生物大分子的生物分子計算機。

DNA計算機被認為是未來最理想的計算機形式，其優勢體現在以下幾點：1）超大規模的并行計算能力；2）龐大的儲存容量；3）極高的能量利用率。因此DNA計算機在信息處理方面的應用能夠像其它電子設備一樣具有重要意義，并且有望在某些領域彌補傳統電子計算機的不足，如密碼問題、多項式復雜程度的非確定性問題(即NP-完全問題)等。當然，DNA計算機不僅僅是傳統電子計算機的一個補充，科學家們期望未來DNA計算機能在藥物傳輸與釋放、生物傳感器、異常基因修復和疾病檢測等方面發揮重要作用。雖然DNA計算未來潛力無窮，但目前仍處于研究的初始階段，有許多瓶頸技術和基礎問題需要解決。理論上來說，基于DNA的分子邏輯門是DNA計算機體系結構的產生基礎和DNA計算機實現技術的硬件基礎。因此，DNA邏輯門的設計與構建就是一個至關重要的基礎問題。

近年來，在豐富DNA邏輯門的類型、提高運算功能以及擴展應用范圍等方面上，化學材料的引入發揮了重要的作用，充分體現了計算機科學、化學及生物學多學科交叉融合的優勢和特點。目前，用于DNA邏輯門構建的化學材料包括金納米顆粒、碳納米管、石墨烯、有機小分子和量子點等。此外，水溶性陽離子共軛聚合物（Cationic?Conjugated?Polymers(CCPs)），作為新型熒光探針，被用于多種共軛聚合物/DNA超分子邏輯門體系和生物傳感器的研究。然而基于共軛聚合物的DNA邏輯門的研究也逐漸到了瓶頸期，更多的是轉向了生物傳感器方面的研究。與聚合物相比，有機小分子具有確定的相對分子質量、易于提純、性質穩定、熒光量子產率高等優勢。另一方面，有機小分子可以通過共價鍵的方式與DNA分子相互作用，主要是與DNA分子的末端氨基形成共價鍵連接，或者是共價修飾到某一個堿基上。這種類型的有機小分子已經廣泛用于核酸多態性檢測和生物傳感器的研究。目前，除了幾種常見的商品化的核酸標記型有機小分子熒光染料外，有機熒光小分子材料在分子邏輯門和邏輯器件的構建方面的研究還很少見。

發明內容

本發明目的在于提供一種熒光分子開關及其熒光探針和熒光探針的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種熒光分子開關，以芴的小分子衍生物作為熒光分子開關。

所述芴的小分子衍生物為2,7-二苯基羧酸取代的芴的小分子衍生物，結構式一如下，

式一。

所述式一所示化合物在pH1-6條件下熒光減弱（“關”）；在pH7-14條件下熒光顯著增強（“開”）。

具體是，所述以2,7-二苯基羧酸取代的芴的小分子衍生物（化合物5）作為熒光探針在熒光離子開關與邏輯門中的應用中；化合物5的熒光強度受pH值調節控制，在pH1-6條件下熒光減弱（“關”）；在pH7-14條件下熒光顯著增強（“開”）；此分子開關在一個小時內保持良好的穩定性；檢測環境為H₂O:DMSO=5000:1；pH調節用5M?NaOH和12M?HCl溶液。

一種芴的小分子衍生物的熒光探針，熒光探針為經DNA修飾的芴的小分子衍生物。所述芴的小分子衍生物為2,7-二苯基羧酸取代的芴的小分子衍生物，結構式一如下，

式一。

所述經DNA修飾的芴的小分子衍生物為衍生物兩端的活性酯基與DNA的5’端氨基共價結合相連獲得。

所述DNA序列為P1、P2或P3；其中，

P1:5’-FSM-AATCCGTCGAGCAGAGTT-3’；

P2:5’-FSM-GGGTTAGGGTTA-3’；

P3:5’-FSM-ACCTTCACCTGGGGGAGTATTGCGGAGGAAGGT-3’。

所述猝滅劑為雙鏈DNA(dsDNA)，熒光染料SYBR?GREEN?I(SG?I)，溴化乙錠(EB)、適配體或靶分子復合物。