[發明專利]一種調控和動態監測G-四聯體構象變化的納米孔體系和方法

有效

• 申請號: 202010088299.6
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111289586B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 梁麗媛;唐婧;王德強;王森;蔡瑤
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院;中國科學院大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;C12Q1/68;C12Q1/6886
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 黎昌莉

本發明屬于分子檢測技術領域，具體涉及一種動態監測G?四聯體構象變化的納米孔體系和調控和動態監測G?四聯體構象變化的方法及應用。所述體系包括氮化硅納米孔、端粒序列DNA、電導液和光控納米器件，所述動態監測在基于光控納米器件的光學調控下進行，所述氮化硅納米孔置于電導液中，所述端粒序列DNA在過所述氮化硅納米孔時會產生離子電流變化。本發明所述調控和動態監測G?四聯體構象變化的方法可研究金屬離子和偶氮苯對G?四聯體構象的共同作用，利用氮化硅固態納米孔在單分子水平對該過程進行動態監測。

技術領域

本發明屬于分子檢測技術領域，具體涉及一種動態監測G-四聯體構象變化的納米孔體系和調控和動態監測G-四聯體構象變化的方法。

背景技術

存在于真核細胞染色體端粒中的富G殘基之間通過Hoogsteen氫鍵結合成G-四面體進而通過pi-pi堆積形成的一種特殊的DNA二級結構，人體端粒由6個堿基重復序列d(TTAGGG)n和結合蛋白組成，參與調節許多重要的生物學功能，G-四聯體的形成可穩定染色體，調節正常細胞生長。因而研究人體內端粒序列G-四聯體的穩定性以及成因與數量對生命科學研究具有一定指導意義。生物學領域中常用來研究核酸、蛋白和多糖立體結構有圓二色譜、紫外光譜、凝膠電泳法和核磁共振譜等，這些方法可以表征體系的整體性質，但是具有分辨率低、靈敏度差、耗時長、操作過程繁瑣等不足。納米孔分析作為第三代單分子基因測序技術，在監測核酸和蛋白質序列時表現出的優異性能使其在制備與生理機能調控相關的器件的應用中具有很大的潛力。

利用α-溶血素生物納米孔對G-四聯體的監測已有報道，但是由于支撐生物納米孔的磷脂雙分子層不夠穩定，生物孔的使用壽命受到了極大的限制，并且其固有的內徑尺寸也限制了它的檢測范圍。G-四聯體存在于人體許多重要的生物學功能區，與細胞壽命及癌癥病理相關。人體端粒序列在不同陽離子誘導下能自發形成不同構象的G-四聯體結構，但對其構象及穩定性解析仍存在挑戰。因此，為克服以上缺陷，本發明選用了氮化硅納米孔，其結構更加穩定，環境耐受性強，孔徑孔型可控，且成本低廉。通過檢測在端粒序列不同位置修飾有偶氮苯分子的DNA通過納米孔的信號，以及光照后DNA序列受偶氮苯構象反轉而發生的結構變化來監測G-四聯體通過氮化硅納米孔的折疊與解鏈的動態過程。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種動態監測G-四聯體構象變化的納米孔體系，所述納米孔體系結構穩定，環境耐受性強且孔徑孔型可控。

為實現上述目的，本發明采用以下方案：

所述體系包括氮化硅納米孔、端粒序列DNA、水溶性偶氮苯、電導液和光控納米器件，所述動態監測在基于光控納米器件的光學調控下進行，所述氮化硅納米孔置于電導液中，所述端粒序列DNA在過所述氮化硅納米孔時會產生離子電流變化。

本發明的目的之二在于提供利用目的一提供的納米孔體系調控和動態監測G-四聯體構象變化的方法，所述方法可調控G-四聯體構象的變化，實現G-四聯體構象的可逆轉變，并為監測過程提供了超高的時間分辨率和空間分辨率，可以實現單分子水平的監測，且該方法比傳統大多數檢測方法靈敏度高、準確性好，且操作快捷成本低廉。

為實現上述目的，本發明采用以下方案：

利用所述動態監測G-四聯體構象變化的納米孔體系調控和動態監測G-四聯體構象變化的方法在于將修飾有偶氮苯的端粒序列DNA在電導液中過氮化硅納米孔，或將未修飾偶氮苯的端粒DNA序列與水溶性偶氮苯混合物過孔，并通過調控光控納米器件交替照射可見光和紫外光來進行單分子水平的動態監測。

進一步，所述方法包括以下步驟：

1)氮化硅納米孔的制備和活化：在硅基氮化硅薄膜上采用電流脈沖擊穿的方式獲得納米孔；

2)調控和動態監測G-四聯體構象變化：將氮化硅納米孔置于電導液中，調控光控納米器件交替照射可見光和紫外光，采集產生的離子電流波動信號，動態監測G-四聯體構象的變化。