Toehold-mediated 链置换(荧光偏振)

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言近年来，DNA三分子复合体中的链置换反应成为了生物学和生物技术领域的重要研究对象。

链置换反应，即一条DNA链通过特定的碱基配对机制替代另一条DNA链的过程，对于基因表达、遗传重组等生物学过程具有重要意义。

此外，基于链置换反应的生物传感器和逻辑门设计也为医学诊断和疾病治疗等领域提供了可能。

本文主要对DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应进行详细的介绍和分析。

二、DNA三分子复合体中链置换反应概述在DNA分子系统中，由于多种生物学活动以及复杂结构的存在，常常会形成由多条DNA链构成的复合体。

在这些复合体中，由于特定的碱基配对规则，某些DNA链可以发生链置换反应。

其中，DNA三分子复合体中的链置换反应尤为重要，其机制涉及到三股DNA链之间的相互作用和反应过程。

三、中位触发链置换反应的荧光动力学研究荧光动力学研究是研究链置换反应的重要手段之一。

在DNA 三分子复合体中，通过中位触发链置换反应，可以实现对特定DNA序列的检测和识别。

利用荧光技术对这一过程进行观察和记录，可以得到一系列有关链置换反应的动力学数据。

在荧光动力学研究中，需要选用适当的荧光探针，将其与DNA复合物进行标记。

当发生链置换反应时，荧光探针的分布和发光状态将发生变化，通过检测这些变化，可以了解链置换反应的进程和效率。

此外，还需要通过适当的实验设计和控制条件，排除其他可能影响荧光信号的因素，确保实验结果的准确性。

四、荧光动力学研究方法及实验设计在荧光动力学研究中，常用的方法包括实时荧光监测、荧光共振能量转移等。

实时荧光监测可以实时观察链置换反应过程中荧光信号的变化，从而了解反应的进程和速率。

而荧光共振能量转移则可以用于研究DNA三分子复合体的结构和相互作用。

在实验设计中，需要选择合适的DNA序列和荧光探针，以及适当的实验条件（如温度、pH值等）。

㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年12月第38卷第6期JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY㊀Vol.38No.6Dec.2023㊀收稿日期:2023-03-16;修回日期:2023-05-01;出版日期:2023-12-15基金项目:河南省重点研发与推广专项项目(222102310140);河南省高等学校重点科研项目(21A550015);郑州轻工业大学博士启动科研基金项目(0123-135****0070)作者简介:伍永梅(1987 ),女,河南省新乡市人,郑州轻工业大学讲师,博士,主要研究方向为食品安全和疾病标志物检测㊂E-mail :wuyongmei@通信作者:白艳红(1975 ),女,辽宁省彰武县人,郑州轻工业大学教授,博士,主要研究方向为肉制品加工与安全控制㊂E-mail :baiyanhong212@163.com伍永梅,朱肖倩,方娇,等.基于改进G -四链体DNA 酶的电化学适配体传感器构建及卡那霉素高灵敏检测[J].轻工学报,2023,38(6):62-69.WU Y M,ZHU X Q,FANG J,et al.Construction of electrochemical aptasensor for highly sensitive detection of kanamycin based on the improved G-quadruplex DNAzyme[J].Journal of Light Industry,2023,38(6):62-69.DOI:10.12187/2023.06.008基于改进G -四链体DNA 酶的电化学适配体传感器构建及卡那霉素高灵敏检测伍永梅1,2,3,朱肖倩1,方娇1,白艳红1,2,31.郑州轻工业大学食品与生物工程学院,河南郑州450001;2.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室,河南郑州450001;3.食品生产与安全河南省协同创新中心,河南郑州450001摘要:将阳离子多肽(peptide )与G -四链体DNA 酶(G4DNAzyme )共价组装得到高活性的G4DNAzyme-peptide 复合物,进一步构建新型电化学适配体传感器,研究该复合物对电化学适配体传感器响应性能的影响,并将该传感器用于牛奶中卡那霉素(KANA )的检测分析㊂结果表明:G4DNAzyme-peptide 可以显著放大电化学信号,明显提高传感器检测灵敏度;在捕获探针序列最优浓度(2.0μmol /L )下,电流信号强度变化与目标物浓度(0.06pmol /L ~20nmol /L )对数值呈良好的线性关系,检测限为0.02pmol /L ,优于其他KANA 检测方法;该传感器对KANA 具有良好的选择性,在实际牛奶样品检测中,KANA 的加标回收率为97.1%~105.5%,相对标准差为3.60%~5.74%,且检测结果与ELISA 法一致,说明该传感器能够实现牛奶中KANA 的高灵敏检测㊂关键词:G -四链体DNA 酶;电化学适配体传感器;卡那霉素;高灵敏度中图分类号:TS207.3㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:2096-1553(2023)06-0062-080㊀引言卡那霉素(Kanamycin,KANA)是一种氨基糖苷类抗生素,可以抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌蛋白质的合成,常作为兽药广泛用于畜牧业中奶牛的饲养[1]㊂但过量使用会导致牛奶中的抗生素残留,残留的KANA 通过食物链进入人体,经过长时间的体内积累对人体造成损伤㊂传统的抗生素检测技术主要包括高效液相色谱(HPLC)法[2]㊁液相色谱-质谱(LC-MS)法[3]㊁毛细管电泳(CE)法[4]㊁酶联免疫分析(ELISA)法[5]㊁气相色谱-质谱(GC-MS)法[6]㊂但这些技术均存在预处理步骤繁琐㊁操作成本高昂等问题[7]㊂因此,开发一种快速㊁可靠㊁便捷的抗生素检测方法具有重要意义㊂㊃26㊃㊀伍永梅,等:基于改进G-四链体DNA酶构建电化学适配体传感器高灵敏检测卡那霉素电化学检测技术因灵敏度高㊁设备简单㊁便携性强等优点,在生物传感器领域得到广泛应用[8-9]㊂适配体是通过指数富集的配体系统进化技术筛选的短单链DNA(ssDNA)或RNA片段,可以特异性识别DNA㊁RNA㊁抗生素㊁蛋白质等目标物㊂与抗体㊁酶等其他识别分子相比,适配体具有结合能力强㊁特异性高等优点[10]㊂因此,电化学适配体传感器可广泛应用于疾病标志物㊁金属离子和食品危害物的检测㊂M.X.Li等[11]通过目标物microRNA与适配体特异性识别,利用杂交链式反应(Hybrid Chain Reaction, HCR)和Mg2+DNA酶构建电化学适配体传感器,实现了癌症细胞中microRNA的灵敏检测㊂ C.Lei 等[12]基于金纳米粒子(AuNPs)和铀酰离子(UO2+2) DNA酶辅助的电化学适配体传感器,对水中UO2+2进行电化学检测,检测限可达6.2pmol/L㊂G-四链体(G4)是由一段富含鸟嘌呤(G)碱基的寡核苷酸序列组成[13],可以在单价阳离子(如Na+㊁K+)的作用下与卟啉铁(Hemin)结合,形成具有辣根过氧化物酶(HRP)活性的模拟酶,即Hemin/ G4DNAzyme[14]㊂Hemin/G4DNAzyme具有成本低㊁稳定性好㊁催化活能高等优点,可催化底物H2O2加速电子转移,显著增强电化学信号[15],但比天然HRP活性低㊂鉴于此,本文拟以KANA为目标物,将多肽(Peptide)与G4DNAzyme共价组装得到高活性的G4DNAzyme-peptide复合物,以Hemin为电子媒介体构建电化学适配体传感器,考查该复合物对电化学适配体传感器响应性能的影响,并将该传感器应用于牛奶中KANA的检测,以期为食品中抗生素的高灵敏检测提供新思路㊂1㊀材料与方法1.1㊀主要材料与试剂牛奶,郑州市高新区大张超市;卟啉铁(Hemin)㊁6-巯基己醇(6-Mercaptohexyl Alcohol, MCH)㊁三(2-羧乙基)膦酸盐(Tris-(2-carboxyethyl)-phosphine Hydrochloride,TCEP)㊁氯金酸(HAuCl4),均为分析纯,Sigma-Aldrich公司;组氨酸多肽(Pep-tide),上海科肽生物技术有限公司(中国);卡那霉素(KANA)㊁妥布霉素(Tobramycin,TOB)㊁链霉素(Streptomycin,STR)㊁四环素(Tetracycline,TET),均为标准品,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;5ˑTBE缓冲液,海生工生物工程有限公司;抗生素适配体序列[16](Aptamer,Apt:5ᶄ-TGGGGGTTGAGGCTA-AGCCGA-3ᶄ,解离常数为78.8nmol/L)㊁模板DNA 序列(Template,TP:5ᶄ-CCCGCCCTACCCACAGTGAT-CGGCTTAGAGGACTACCCCCA-3ᶄ)㊁辅助探针序列(Assistant Probe,AP:5ᶄ-GTCCTCTAAGCCGATCACT-GTGGGTAGGGCGGG-3ᶄ)㊁捕获探针序列(Capture Probe,CP:5ᶄ-SH-AGTGATCGGAAAAAA-SH-3ᶄ)㊁叠氮(N3)标记的含G碱基的DNA序列(N3-G4DNA:5ᶄ-N3-CCGATCACTGTGGGTAGGGCGGGTTGG-3ᶄ)㊁二苯并环辛炔(Dibenzocyclooctyne,DBCO)标记的多肽序列(DBCO-peptide:5ᶄ-HHHHHHAAA-DBCO-3ᶄ),上海生工生物工程有限公司㊂其他实验常用试剂均为分析纯㊂1ˑTE缓冲液(pH=8.0):由10mmol/L Tris-HCl与1.0mmol/L EDTA混合配制,用于溶解和保存寡核苷酸;PBS缓冲液(pH=7.4):由0.1mol/L KCl㊁0.1mol/L Na2HPO4与0.1mol/L NaH2PO4混合配制㊂1.2㊀主要仪器与设备CHI660e型电化学工作站,上海辰华仪器有限公司;三电极体系(由玻碳电极㊁铂丝电极和Ag/ AgCl电极组成),上海辰华仪器有限公司;ME204/ 02型电子分析天平,上海梅特勒-托利多仪器有限公司;KQ5200DE型超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;PHS-3C型酸度计,上海仪电科学仪器股份有限公司;Sub Cell GT型核酸电泳仪,伯乐生命医学产品有限公司;Image Lab4.0型凝胶成像系统,美国Bio Rad公司㊂1.3㊀实验方法1.3.1㊀Apt+TP+N3-G4复合探针的制备㊀分别取5μL浓度均为200μmol/L的Apt㊁TP和N3-G4混合于485μL的1ˑTE缓冲液中进行退火杂交,即得Apt+TP+N3-G4复合探针㊂1.3.2㊀电化学适配体传感器的构建与工作原理㊀图1为基于改进G4DNAzyme的电化学适配体传感器的构建及其工作原理㊂由图1可知,首先设㊃36㊃㊀2023年12月第38卷第6期㊀㊀㊀㊀图1㊀基于改进G4DNAzyme电化学适配体传感器的构建及其工作原理示意图Fig.1㊀Schematic diagram of the fabrication of the electrochemical aptasensorbased on the improved G4DNAzyme and its working principle计1条包含立足点(toehold)区域的单链DNA模板(TP),使其能够部分杂交抗生素Apt和N3-G4,以形成稳定的Apt+TP+N3-G4复合探针;然后进行玻碳电极(GCE)预处理,用氧化铝抛光粉(0.5μm)对GCE进行打磨,用水和乙醇超声清洗以除去残留铝粉,于室温下晾干,备用;再将GCE置于HAuCl4中进行电化学沉积实验(沉积电位为-0.2V,时间为30s)得到AuNPs/GCE电极;于4ħ条件下用CP(2μmol/L,10μL)孵育该电极表面16h,得到CP/AuNPs/GCE电极;最后用MCH(1mmol/L,10μL)封闭电极表面剩余的活性位点,即得MCH/CP/AuNPs/GCE电极㊂传感器的工作原理如下:当目标物KANA存在时,KANA与Apt+TP+N3-G4复合探针中的Apt进行特异性结合,导致toehold区域的暴露;引入AP后,AP与toehold序列开始进行杂交,通过链置换反应置换出N3-G4;释放出的N3-G4与电极表面的CP杂交而被固定至MCH/CP/AuNPs/GCE电极上;将DBCO-peptide孵育至电极后,peptide末端修饰的DBCO与G4末端的N3发生点击化学反应,使pep-tide与G4共价组装,从而在K+和Hemin存在下形成G4DNAzyme-peptide复合物㊂Hemin具有较强的氧化还原活性,可以提供电化学信号,DNAzyme-peptide催化底物H2O2则可进一步放大电化学信号,从而实现对KANA的高灵敏检测㊂1.3.3㊀凝胶电泳实验㊀凝胶样品的制备:分别将5μL浓度为5μmol/L的Apt㊁TP㊁N3-G4㊁Apt+TP+N3-G4㊁Apt+TP㊁TP+N3-G4于95ħ水浴锅中加热5min;于25ħ金属振荡器中振荡2h;采用1ˑTBE配制12%非变性聚丙烯酰胺凝胶㊂每份样品取10μL,将其与2μL6ˑ上样缓冲液混合,之后转移到凝胶电泳系统中,在120V恒定电压下电泳70min,并用1%的Gel Red染色液染色30min;使用凝胶成像系统成像㊂1.3.4㊀电化学测量方法㊀利用循环伏安(CV)法,在含有5mmol/L K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的PBS缓冲液中对电化学适配体传感器的制备过程进行表征㊂其中,扫描速率为50mV/s,电位范围为-0.2~0.7V㊂采用差分脉冲(DPV)法测量电化学适配体传感器对卡那霉素检测的响应性能,扫描电位范围为0.1~-0.6V,振幅为0.05V,脉冲宽度为0.05s,采㊃46㊃㊀伍永梅,等:基于改进G-四链体DNA酶构建电化学适配体传感器高灵敏检测卡那霉素样宽度为0.0167s㊂采用CV法在含有5mmol/L K3[Fe(CN)6]/K4 [Fe(CN)6]的PBS(pH=7.4,0.1mol/L)缓冲液中,考查不同浓度CP(0.2μmol/L㊁0.5μmol/L㊁1.0μmol/L㊁1.5μmol/L㊁2.0μmol/L㊁2.5μmol/L)对电流信号的影响㊂为了考查电化学适配体传感器的选择性,在相同条件下,将该传感器应用于同类抗生素妥布霉素(TOB,50nmol/L)和链霉素(STR,50nmol/L),非同类抗生素四环素(TET,50nmol/L)及KANK与上述抗生素的混合物(KANA+Mixture)的检测,采用差分脉冲(DPV)法考查传感器对不同抗生素的响应性能㊂1.3.5㊀KANA的检测㊀将10μL不同浓度的KA-NA目标物(0pmol/L㊁0.06pmol/L㊁0.10pmol/L㊁2.00pmol/L㊁2.00ˑ102pmol/L㊁2.00ˑ103pmol/L㊁2.00ˑ104pmol/L)与10μL Apt+TP+N3-G4(2μmol/L)复合探针进行混合,于37ħ恒温摇床中孵育90min㊂加入10μL AP(1μmol/L),继续孵育30min,得到含有N3-G4的混合溶液㊂将混合溶液孵育至MCH/CP/AuNPs/GCE电极上,接着滴涂5μL的DBCO-peptide(1μmol/L)㊂将所得电化学适配体传感器置于含有H2O2(2mmol/L)的PBS缓冲液中进行检测㊂检测限LOD的计算公式为3δ/k,其中,δ为3个空白样品的标准差,k为标准曲线的斜率㊂1.3.6㊀加标回收实验㊀为了验证电化学适配体传感器在食品中抗生素的检测能力,在牛奶样品中加入不同浓度梯度(1.0ˑ10-4nmol/L㊁2.0ˑ10-3nmol/L㊁0.2nmol/L㊁2.0nmol/L㊁5.0nmol/L)的KANA进行加标回收实验㊂1.4㊀数据处理所有实验均重复3次,通过Origin2019软件绘制图表,使用Adobe Photoshop CS6绘制传感器的工作原理图㊂2㊀结果与讨论2.1㊀凝胶电泳实验结果分析为验证Apt+TP+N3-G4复合探针的成功制备与目标物诱发的链置换反应,进行了聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)实验,结果见图2㊂其中,M为DNA标准参照物的电泳条带,泳道1㊁泳道2和泳道3分别为TP㊁Apt和N3-G4的电泳条带,泳道4是Apt+TP+ N3-G4复合探针的电泳条带,泳道5是将KANA与Apt+TP+N3-G4复合探针孵育后的电泳条带㊂由图2可知,泳道4上方有一条明亮清晰的条带,滞后于泳道1㊁泳道2和泳道3的条带,说明Apt+TP+N3-G4复合探针成功制备;泳道5上方出现一条亮带,下方出现一条暗带,证明KANA可以特异性结合Apt+TP+N3-G4复合探针中的Apt,使Apt从复合探针中释放,导致toehold区域暴露,进一步引发后续的链置换反应㊂图2㊀12%非变性PAGE图Fig.2㊀12%non-denatured polyacrylamidegel electrophoresis(PAGE)2.2㊀适配体传感器的电化学表征图3为适配体传感器的CV曲线,其中a为裸玻碳电极(GCE),b为AuNPs/GCE,c为CP/ AuNPs/GCE,d为MCH/CP/AuNPs/GCE,e为N3-G4/MCH/CP/AuNPs/GCE,f为DBCO-peptide/N3-G4/MCH/CP/AuNPs/GCE㊂由图3可知,在裸玻碳电极上可以观察到[Fe(CN)6]3-/4-电子对的特征氧化还原峰(a曲线);将AuNPs沉积于裸玻碳电极,由于AuNPs能够促进电子传输,CV响应电流值有所增加(b曲线);当CP被固定在AuNPs/GCE电极表面时,由于磷酸骨架带负电荷,对[Fe(CN)6]3-/4-起排斥作用,峰电流显著降低(c曲线);用MCH封㊃56㊃㊀2023年12月第38卷第6期㊀闭CP/AuNPs/GCE电极后,又因MCH是电惰性小分子,峰电流再次降低(d曲线);当卡那霉素目标物与Apt+TP+N3-G4复合探针中的适配体发生特异性识别后,释放的N3-G4通过碱基互补配对原则与CP进行杂交,从而被组装至MCH/CP/AuNPs/GCE电极表面,导致电极表面负电荷磷酸骨架数量的增多,使峰电流再次降低(e曲线);在N3-G4/MCH/CP/AuNPs/GCE电极上孵育DBCO-peptide后,由于探针上的磷酸骨架和多肽都会阻止电极表面的电子传递,导致峰电流进一步降低(f曲线)㊂图3㊀适配体传感器的CV曲线Fig.3㊀Cyclic voltammetry curves of thestepwise modified electrodes2.3㊀适配体传感器的电化学性能分析采用DPV法考查不同适配体传感器在含有H2O2(2mmol/L)的PBS(pH=7.4)中的电化学响应性能,以验证实验方案的可行性,结果如图4所示㊂由图4a)可知,适配体传感器在未孵育抗生素时,由于传感器界面缺乏电活性物质,因此没有观察到明显的电流信号㊂当将抗生素(5nmol/L,10μL)孵育至传感器后,产生了显著的电流信号,这是由于抗生素可以和Apt+TP+N3-G4复合探针中的适配体(Apt)进行特异性识别,导致N3-G4的释放,而释放的N3-G4通过与传感器表面的CP进行杂交,并与Hemin进一步结合,从而将电化学活性物质Hemin捕获至传感器的界面上,这也证明了传感器对抗生素具有良好的响应性能㊂由图4b)可知,传感器在无Peptide时产生的电流信号较小,与之相比,将Peptide引入传感器系统后,电流信号显著增强,证明多肽能显著增强传感器对抗生素的响应电流,大大提高抗生素检测的灵敏度㊂2.4㊀电极表面CP浓度的优化电极表面CP浓度的优化结果如图5所示㊂由图5可知,随着CP浓度的增加,AuNPs/GCE电极的电流信号先降低后逐渐趋于平稳,这是因为CP的负电荷磷酸骨架会对[Fe(CN)6]3-/4-产生电子排斥现象,从而使响应电流下降㊂当CP浓度超过2.0μmol/L时,电流信号基本保持不变,所以CP的适宜浓度为2.0μmol/L㊂2.5㊀适配体传感器对KANA的响应性能图6为适配体传感器对不同浓度KANA的电化学响应图,其中a g分别对应KANA浓度㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图4㊀不同适配体传感器在含有H2O2的PBS中的电流响应Fig.4㊀Current responses of different aptasensorsin PBS containing H2O2图5㊀CP浓度对电流信号强度的影响Fig.5㊀Effect of capture probe concentrationon current intensity ㊃66㊃㊀伍永梅,等:基于改进G -四链体DNA 酶构建电化学适配体传感器高灵敏检测卡那霉素0pmol /L㊁0.06pmol /L㊁0.10pmol /L㊁2.00pmol /L㊁2.00ˑ102pmol /L㊁2.00ˑ103pmol /L㊁2.00ˑ104pmol /L㊂由图6可知,随着KANA 浓度的提高,峰电流强度越来越大,表明释放的N 3-G4不断增加,使电极表面Hemin 的固载量增加,电流信号不断增强㊂图7为KANA 浓度对数值与电流信号强度间的线性关系图㊂由图7可知,KANA 浓度对数值与电流信号强度具有良好的线性关系,线性回归方程㊀㊀图6㊀电化学适配体传感器对不同浓度KANA 的DPV 响应曲线Fig.6㊀DPV response curves of the aptasensorto different concentrations of KANA图7㊀KANA 浓度对数值与电流信号强度间的线性关系图Fig.7㊀The linear relationship between the logarithm of KANA concentration and the current signal strength为Ι=-1.5910lg c -13.5742,线性相关系数R 2=0.9956,检测限(LOD )为0.02pmol /L㊂表1为本文方法与其他KANA 检测方法的分析对比结果㊂由表1可知,与其他KANA 检测方法相比,本文方法的LOD 更低,这说明所构建的电化学适配体传感器有望成为一种高灵敏检测食品中抗生素残留的新方法㊂2.6㊀电化学适配体传感器的选择性图8为电化学适配体传感器对不同抗生素电化学响应结果㊂由图8可知,KANA 存在时电化学适配体传感器产生了明显的电化学信号,而在干扰物TOB㊁STR 和TET 中,电化学信号微乎其微㊂然而,当这些干扰物与KANA 共存时,与单独存在的KANA 相比,电化学信号没有明显的变化㊂以上结果表明,该适配体传感器对检测KANA 具有良好的选择性,这归因于适配体对KANA 的特异性识别作用㊂2.7㊀电化学适配体传感器在实际样品中的验证试验㊀㊀牛奶样品中KANA 的加标回收实验结果见表2㊂由表2可知,该方法在牛奶中的加标回收率为97.1%~105.5%,相对标准差(RSD )为3.60%~5.74%,表明该电化学适配体传感器适用于牛奶中KANA 的检测㊂表3为该电化学适配体传感器与ELISA 法测定牛奶样品中KANA 的对比实验结果㊂由表3可知,两种方法的相对偏差为-3.90%~2.83%,表明本方法与ELISA 法结果相一致,说明该电化学适配体传感器能够实现牛奶中KANA 的快速准确检测㊂表1㊀本文方法与其他KANA 检测方法的分析对比结果Table 1㊀The analysis performance of this method is compared with other KANA detection methods检测方法检测范围/(nmol ㊃L -1)检测限/(nmol ㊃L -1)LOD 计算方法表面等离子体共振法[17]103~1052.85ˑ105LOD =Ī0+3δ比色法[18]0.85ˑ10-3~0.0340.34ˑ10-3LOD =3δ/k 荧光法[19] 1.0~80.00.29LOD =3δ/k 光电化学法[20]0.2~250.00.2LOD =3δ/k 电化学法[8]10-3~1030.5ˑ10-3LOD =3δ/k 电化学法[21]0.01~1038.4ˑ10-3LOD =3δ/k 本文所用电化学法0.06ˑ10-3~200.02ˑ10-3LOD =3δ/k㊀注:Ī0表示空白产生的信号平均值㊂㊃76㊃㊀2023年12月第38卷第6期㊀图8㊀适配体传感器的选择性Fig.8㊀The selectivity of aptasensor表2㊀牛奶样品中KANA的加标回收实验结果Table2㊀Sample labeling recovery experiment样品号KANA的加入浓度/(nmol㊃L-1)KANA的检测浓度/(nmol㊃L-1)RSD/%加标回收率/%1 1.0ˑ10-4 1.011ˑ10-4 3.60101.12 2.0ˑ10-3 1.980ˑ10-3 4.4899.030.20.197 3.7698.54 2.0 1.942 5.7497.15 5.0 5.275 5.19105.5表3㊀电化学适配体传感器与ELISA法测定牛奶样品中KANA的对比实验结果Table3㊀Comparison experimental results of theaptasensor and ELISA method for determiningKANA in milk nmol/L样品号电化学适配体传感器ELISA法相对偏差/%1 1.011ˑ10-49.87ˑ10-5 2.432 1.980ˑ10-3 2.01ˑ10-3-1.4930.1970.205-3.904 1.942 1.992-2.515 5.275 5.130 2.833㊀结论本文将Peptide与G4DNAzyme共价组装得到高活性的DNAzyme-peptide复合物,以Hemin为电子媒介体成功构建了一种新型电化学适配体传感器,采用DPV法考查该传感器的电化学响应性能,并将其用于牛奶中KANA的检测分析㊂结果表明:与传统的G4DNAzyme相比,G4DNAzyme-peptide的催化性能明显增强,可以显著提高传感器的灵敏度;在CP最优浓度(2.0μmol/L)下,该传感器用于KANA检测时呈现较宽的检测范围(0.06pmol/L~20nmol/L)和较低的检测限(0.02pmol/L),优于其他KANA检测方法;该传感器对KANA具有良好的选择性,用于牛奶实际样品分析时,加标回收率为97.1%~105.5%,RSD为3.60%~5.74%,且检测结果与ELISA法相一致㊂因此,所构建的电化学适配体传感器在实际食品安全检测中具有良好的实用性,为抗生素残留检测提供了一种新方法㊂参考文献:[1]㊀ZHAO T T,CHEN Q,WEN Y L,et al.A competitive col-orimetric aptasensor for simple and sensitive detection ofkanamycin based on terminal deoxynucleotidyl transfer-ase-mediated signal amplification strategy[J].FoodChemistry,2022,377:132072.[2]㊀程岁寒,潘存锋,张彦.高效液相色谱法在兽用抗生素残留分析中的应用[J].国外医药(抗生素分册),2019,40(1):27-41.[3]㊀陈燕,李康柏,许均图,等.液相色谱串联质谱法检测水产品中17种抗生素残留量[J].现代食品,2021(9):201-204.[4]㊀李兴华,苗俊杰,康凯,等.固相萃取-高效毛细管电泳法同时分离测定水体和土壤中13种抗生素[J].理化检验(化学分册),2019,55(7):769-777.[5]㊀LI R,WEN Y,YANG L,et al.Development of an enzyme-linked immunosorbent assay based on viral antigen 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㊃86㊃㊀伍永梅,等:基于改进G-四链体DNA酶构建电化学适配体传感器高灵敏检测卡那霉素kanamycin antibiotic[J].Analytica Chimica Acta,2021,1154:338317.[11]LI M X,CHENG J,YUAN Z Y,et al.Sensitive electro-chemical detection of microRNA based on DNA walkersand hyperbranched HCR-DNAzyme cascade signal ampli-fication strategy[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2021,345:130348.[12]LEI C,JLABC F,CHEN C D,et al.Dual-signal amplifica-tion electrochemical sensing for the sensitive detection ofuranyl ion based on gold nanoparticles and hybridizationchain reaction-assisted synthesis of silver nanoclusters[J].Analytica Chimica Acta,2021,1184:338986. [13]CHOWDHURY S,WANG J,NUCCIO S P,et al.ShortLNA-modified oligonucleotide probes as efficient disrup-tors of DNA G-quadruplexes[J].Nucleic AcidsResearch,2022,50(13):7247-7259.[14]CHEN Y,QIU D H,ZHANG X B,et al.Highly sensitivebiosensing applications of a magnetically immobilizablecovalent G-quadruplex-hemin DNAzyme catalytic system[J].Analytical Chemistry,2022,94(4):2212-2219.[15]HASHKAVAYI A B,RAOOF J B,PARK K S.Sensitiveelectrochemical detection of tryptophan using a hemin/G-quadruplex aptasensor[J].Chemosensors,2020,8(4):100.[16]SONG K M,CHO M,JO H,et al.Gold nanoparticle-basedcolorimetric detection of kanamycin using a DNA aptamer[J].Analytical Biochemistry,2011,415(2):175-181.[17]ÉCIJA-ARENASÁ,KIRCHNER E M,HIRSCH T,et al.Development of an aptamer-based SPR-biosensor for thedetermination of kanamycin residues in foods[J].Analytica Chimica Acta,2021,1169:338631. 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[21]WANG L N,ZHANG L,YU Y,et al.DNA cyclic assemb-ling control in an electrochemical strategy with MoS2@AuNPs for determination of kanamycin[J].MicrochimicaActa,2021,188(8):1-9.Construction of electrochemical aptasensor for highly sensitive detection of kanamycin based on the improved G-quadruplex DNAzymeWU Yongmei1,2,3,ZHU Xiaoqian1,FANG Jiao1,BAI Yanhong1,2,31.College of Food and Bioengineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou450001,China;2.Henan Key Laboratory of Cold Chain Food Quality and Safety Control,Zhengzhou450001,China;3.Collaborative Innovation Center of Food Production and Safety of Henan Province,Zhengzhou450001,China Abstract:A highly active G4DNAzyme-peptide complex obtained by covalent assembly of cationic peptide on G4 DNAzyme was used to construct a novel electrochemical aptasensor.The effect of complex on the performance of electrochemical aptasensor was investigated and the proposed aptasensor was used to detect kanamycin(KANA)in milk.The experimental results indicated that G4DNAzyme-peptide could significantly amplify the electrochemical signal and greatly improve the detection sensitivity of aptasensor.Under the optimal concentration of capture probe (CP,2.0μmol/L),the change of current intensity showed a good linear relationship with the logarithm of the target concentration in the range of0.06pmol/L~20nmol/L,and the detection limit was0.02pmol/L,which was superior to other KANA detection methods.The aptasensor showed better selectivity and lower detection limit and the recoveries obtained in milk sample were from97.1%to105.5%and the relative standard deviation were from 3.60%to5.74%.The experimental results were consistent with ELISA method,indicating the proposed aptasensor could achieve high sensitivity for the detection of KANA in milk.Key words:G-quadruplex DNAzyme;electrochemical aptasensor;kanamycin;high sensitivity㊀(责任编辑:王晓波)㊃96㊃。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言DNA是生命体系中重要的遗传物质，其复杂的结构和动态的相互作用为生物学研究提供了丰富的素材。

其中，DNA三分子复合体中的链置换反应（Strand Displacement Reaction, SDR）是生物体内常见的一种DNA反应机制，具有重要的生物学意义。

近年来，随着荧光动力学技术的发展，我们可以更深入地研究这一反应的动态过程。

本文将基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学进行详细研究，并探讨其应用。

二、DNA三分子复合体与链置换反应DNA三分子复合体是指由三种不同的DNA片段组成的复合结构，这种结构在生物体内广泛存在，参与了许多重要的生物过程。

链置换反应是DNA三分子复合体中的一种常见反应，它涉及到一条DNA链被另一条DNA链替代的过程。

这种反应在生物体内具有重要的生物学功能，如基因表达、复制和修复等。

三、基于荧光动力学的链置换反应研究荧光动力学技术是一种能够实时监测化学反应过程的技术，通过引入荧光标记的DNA片段，我们可以观察并记录链置换反应的动态过程。

在DNA三分子复合体中，当一条DNA链被另一条DNA链替代时，荧光信号会发生变化，这种变化可以反映链置换反应的进程和速率。

我们首先构建了包含荧光标记的DNA三分子复合体系统，然后通过实时监测荧光信号的变化来研究链置换反应的动力学过程。

实验结果表明，荧光信号的变化与链置换反应的进程密切相关，可以准确反映链置换反应的速率和程度。

此外，我们还研究了不同因素（如温度、离子浓度等）对链置换反应的影响，发现这些因素可以显著影响链置换反应的速率和进程。

四、荧光动力学在链置换反应中的应用基于荧光动力学的链置换反应研究具有重要的应用价值。

首先，它可以用于研究生物体内基因表达、复制和修复等过程中的链置换反应机制。

其次，荧光动力学技术可以用于设计新型的生物传感器和纳米器件，这些器件可以实现对生物分子的高效检测和操控。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言DNA是生命体系中至关重要的遗传物质，其功能通过复杂的生物化学反应实现。

在众多DNA相关反应中，链置换反应（Strand Displacement Reaction, SDR）是一种重要的机制，它在DNA复制、修复以及基因表达等过程中发挥着关键作用。

近年来，基于DNA三分子复合体的链置换反应由于具有独特的优势和广阔的应用前景，已引起了广泛的关注。

本论文旨在深入探讨基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用。

二、DNA三分子复合体与链置换反应DNA三分子复合体是由三个DNA分子形成的复合结构，其具有特殊的空间构型和功能特性。

链置换反应是一种由特定序列的DNA片段触发，导致另一条DNA链从其原有位置被置换出来的过程。

这种反应在生物体内具有重要的生物学意义，如DNA 复制和修复等。

三、荧光动力学研究方法荧光动力学研究是一种重要的生物物理研究方法，通过观察荧光信号的变化来研究生物分子的动态过程。

在基于DNA三分子复合体的链置换反应中，我们利用荧光标记技术来追踪反应过程，观察链置换的动力学变化。

此外，我们采用光学显微镜、共聚焦显微镜等技术对反应进行实时观测和记录。

四、荧光动力学研究过程与结果在研究中，我们构建了基于DNA三分子复合体的链置换反应体系，并利用荧光标记技术对反应过程进行追踪。

我们发现，在链置换反应过程中，荧光信号的强度和分布发生了明显的变化。

通过分析这些变化，我们得到了链置换反应的动力学参数，如反应速率、平衡常数等。

此外，我们还发现，通过调整反应体系的条件，如温度、pH值、离子浓度等，可以有效地调控链置换反应的进程和结果。

五、应用及展望基于DNA三分子复合体的链置换反应在生物医学、纳米技术、生物传感器等领域具有广泛的应用前景。

例如，可以利用这种反应构建高效的基因编辑工具，实现精确的基因编辑和修复；也可以将其应用于构建具有特定功能的纳米结构，如纳米马达、纳米开关等；此外，还可以将其作为生物传感器的基础，用于检测生物分子、离子等物质的含量和变化。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言近年来，DNA纳米技术因其独特的分子识别和自组装能力在生物医学、纳米材料科学以及生物传感器等领域展现出巨大的应用潜力。

其中，DNA三分子复合体中的链置换反应（Branch Migration, BM）作为一种重要的DNA纳米操作手段，在构建动态和可编程的DNA纳米结构中发挥着关键作用。

本文将重点研究基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学，并探讨其在实际应用中的价值。

二、DNA三分子复合体与链置换反应DNA三分子复合体主要由三个相互连接的DNA分子组成，其中包含多个可以相互识别的碱基对。

在特定条件下，其中一个DNA分子的某个区域（通常为一段碱基对）可以被其他分子的对应区域所取代，这一过程称为链置换反应。

这种反应具有高度的可编程性和精确性，使得DNA三分子复合体成为构建复杂纳米结构的重要工具。

三、基于DNA三分子复合体的荧光动力学研究（一）荧光动力学基本原理荧光动力学是研究荧光物质在特定激发条件下的光物理过程。

在DNA三分子复合体中，我们可以通过引入荧光标记的DNA分子来观察链置换反应的过程。

当激发光照射到荧光标记的DNA 上时，电子从低能级跃迁到高能级，随后释放出光子并回到低能级，这一过程产生荧光。

通过监测荧光强度的变化，我们可以了解链置换反应的动力学过程。

（二）实验方法与步骤1. 制备DNA三分子复合体：首先合成并纯化所需的DNA序列，然后通过特定的杂交方法将它们组装成三分子复合体。

2. 荧光标记：将荧光染料与其中一个DNA分子进行标记，以便在后续实验中观察其变化。

3. 触发链置换反应：通过添加特定的小分子或其他条件来触发链置换反应。

4. 荧光动力学监测：使用荧光光谱仪等设备监测荧光强度的变化，并记录相关数据。

四、链置换反应的荧光动力学分析通过实验数据，我们可以观察到链置换反应过程中荧光强度的变化。

这种变化可以反映反应的速率、程度以及与其他因素的相互作用。

基于金属增强荧光的高通量碱基突变的筛查徐瑶;郑直【摘要】目的开发简单特异的金属增强荧光方法以区分含突变位点和完全互补配对的核酸序列.方法靶标能通过toehold调节的链置换反应将固定在96孔板表面的发卡结构核酸打开,再加入5'端修饰了羧基荧光素的信号探针,该探针能与另一段打开的捕捉探针杂交,通过检测荧光信号实现对靶标的分析.结果相对于一般方法,金属增强荧光(MEF)能明显区分互补配对靶标和含突变靶标,并具有有显著的信号放大作用(对于100 nmol/L的靶标,信号放大～13倍),能检测出0.1 nmol/L级别的靶标(普通方法5 nmol/L).结论为核酸突变检测提供了一种简便高通量的初筛手段.【期刊名称】《基础医学与临床》【年(卷),期】2014(034)006【总页数】5页(P797-801)【关键词】链置换反应;金属增强荧光;碱基突变筛查【作者】徐瑶;郑直【作者单位】中国医学科学院基础医学研究所生物化学与分子生物学系,北京100005;中国医学科学院基础医学研究所生物化学与分子生物学系,北京100005【正文语种】中文【中图分类】R446.1在高通量药物诊断、显微镜和其他生物技术中，荧光是一种非常常见的检测工具。

但是由于荧光量子产率和荧光寿命的限制，导致荧光检测的灵敏度不高，因而限制了荧光检测的使用范围。

金属增强荧光能增强荧光量子产率，同时减低荧光寿命，从而大大增加荧光检测的灵敏度[1- 2]。

到目前为止，银表面作为基底已被用于很多实际检测中，例如蛋白质、DNA以及其他小分子[3]。

Toehold调节的链置换反应在DNA马达和其他基于DNA的纳米装置中均得到广泛运用[4- 5]，其中DNA单链b与a不完全互补(a与b杂交后伸出一段黏性末端称为toehold)，a*能通过与toehold结合从而发生链置换反应将b完全置换下来。

由于toehold调节的链置换反应严格受核酸序列控制，因此，链置换反应也为核酸中的碱基突变检测提供了另一种可能，具有很高的特异性[6- 7]。

miRNA 检测方法的研究摘要：miRNA在基因调控方面起着重要作用，其异常表达和特异性表达提示其可成为诊断或预后的生物标志物。

因此准确测定其表达水平对于其应用十分关键。

但是由于miRNA序列短，同源序列相似度高，含量低，缺乏能够使其选择性扩增的共同特征，使得检测miRNA十分具有挑战性。

本文对近年来miRNA的检测方法进行了概述，包括传统方法及其改进进展，以及一些新的检测方法，并对这些方法的优缺点进行了总结。

关键词：miRNA检测方法；RNA印迹；实时定量PCR（qRT-PCR）；探针一、前言本文综述了用于miRNA检测的一些常规技术，包括标准PCR、RNA印迹和微阵列方法，以及一些新的检测技术。

这些方法有助于阐明 miRNA 在体内的生物发生过程和生物学功能。

二、检测方法（一）RNA印迹法RNA印迹（Northern blotting）是系统性分析miRNA表达最早的方法尝试，广泛用于可视化检测各种大小的miRNA表达，包括从长的原始miRNA到成熟形式的 miRNA。

该技术能够检测目标miRNA的表达水平（半定量），确定它们的长度以及验证预测的miRNA。

其一般步骤如下：含有miRNA的样品在电泳凝胶上分离，再将凝胶上的RNA转移到硝酸纤维素膜上，然后通过与靶miRNA互补的荧光或放射性标记的探针杂交，最后通过荧光或放射性元素检测信号。

尽管RNA印迹通量低，灵敏度低，并且耗时和样本消耗量大，但是它依旧被广泛作为新检测方法验证的金标准。

（二）实时定量PCR实时定量PCR（quantitative real-time PCR，qRTPCR）是目前定量基因表达的金标准。

qRT-PCR具有高敏感性、准确性和实用性，是生命科学中比较表达分析的一种强大技术。

然而，对于一个平均长度为22nt的miRNA，设计常规PCR 检测方法仍是一个挑战。

基于qRT-PCR的miRNA分析的主要步骤为将miRNA逆转录成cDNA，然后通过qPCR实时监测反应产物积累。

基于上转换信标探针构建信号放大近红外激发荧光生物传感器用于microRNA检测周学敏;吕姝臻;张国芳;崔竹梅;毕赛【期刊名称】《应用化学》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】基于Na YF_(4):Yb^(3+),Tm^(3+)@Na YF_4上转换纳米颗粒(Upconversion nanoparticles,UCNPs)和DNA催化发夹组装(Catalytic hairpin reaction,CHA)技术构建近红外激发(Near-infrared,NIR)荧光生物传感器,用于micro RNA的高灵敏分析。

靶标micro RNA-21(mi RNA-21)可与磁珠(Magnetic beads,MBs)表面修饰的发夹H1发生toehold区域介导的链取代反应,发夹H1暴露新的toehold区域与UCNPs表面修饰的发夹H2发生反应,形成H1/H2复合物,同时mi RNA-21被取代并与新的发夹H1反应,此过程将UCNPs 固定于MBs表面,而且实现了信号的循环放大。

接下来通过磁分离技术,将固定于MBs表面的UCNPs分离出来,在808 nm NIR的激发下产生上转换发光(Upconversion luminescence,UCL),对mi RNA-21的检测范围为0.1~100 nmol/L,检出限为11.3 pmol/L。

此外,该荧光生物传感器成功应用于血清样本中mi RNA-21的分析,表明其具有良好的实用性。

【总页数】10页(P137-146)【作者】周学敏;吕姝臻;张国芳;崔竹梅;毕赛【作者单位】青岛大学附属医院;青岛大学化学化工学院【正文语种】中文【中图分类】O655【相关文献】1.基于亚甲基蓝的近红外荧光探针用于HOCl的特异性检测2.基于三甲基醌的近红外荧光探针用于心肌黄酶的检测及生物成像研究3.基于DCI的近红外探针和微信小程序的便携式荧光传感平台用于ONOO^(-)的分析检测4.基于苯并吡喃腈-香豆素体系的近红外比率型荧光探针用于检测He La细胞中的过氧亚硝酸盐(英文)5.基于添食上转换纳米颗粒制备近红外激发荧光家蚕丝纤维因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

toehold介导的链置换原理
toehold介导的链置换原理是一种在DNA链上实现分子置换的方法。

该方法通过引入一个短的DNA序列（称为toehold）来触发置换反应。

具体的原理如下：
1. 设计：设计一段toehold序列，该序列与目标置换链的互补序列部分匹配，但不匹配目标序列的其他部分。

2. 引发：将toehold序列引入体系中，并与目标置换链发生部分互补配对。

3. 解偶：与toehold配对的目标序列与原来的序列断开，释放原来的链。

4. 置换：新的置换链与toehold序列进行完全互补配对，取代了原来的目标序列。

5. 反复循环：重复以上步骤，可实现多次置换。

这种方法可以通过合成不同序列的toehold实现目标序列的选择性置换，并且由于toehold被用作引发器，它们可以在原始DNA中存在而不引发置换反应，从而实现对特定目标序列的特异性识别和剥离。

toehold介导的链置换原理已经被广泛应用于分子识别、信号放大、逻辑运算等领域。

Toehold链置换辅助智能手机比色法特异性检测废水中新冠病毒靶标RNAToehold链置换辅助智能手机比色法特异性检测废水中新冠病毒靶标RNA近年来，新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染全球各国并引发大规模的公共卫生危机。

为了有效控制疫情的传播，及时监测病毒的存在和扩散至关重要。

然而，传统的病毒检测方法通常需要昂贵且专业的实验设备，且操作复杂，耗时和易受污染。

为了克服这些限制，科学家们开发了一种快速、可靠且方便的检测方法，即Toehold链置换辅助智能手机比色法，用于特异性检测废水中新冠病毒靶标RNA。

Toehold链置换技术是一种基于DNA或RNA的逻辑控制系统，可以用于检测和响应RNA分子的存在。

这项技术的核心是通过特定的DNA结构和序列来调控RNA链的自由度，从而实现了靶标RNA的检测。

在这种技术中，Toehold链是一段可以自由打开或关闭的RNA序列，其通过与靶标RNA互补配对来打开并启动反应。

这个反应会引发一系列链置换反应，最终产生可视化信号。

为了将Toehold链置换技术应用于废水中新冠病毒靶标RNA的检测，科学家们采用了智能手机比色法。

智能手机可以作为一种便携式的光学检测平台，通过拍摄和分析试纸上的颜色变化来判断反应发生与否。

为了使智能手机识别反应结果，科学家们利用特定染料染色设置了相应的颜色标准。

当待测废水样品中含有新冠病毒靶标RNA时，Toehold链启动反应，导致染料的颜色发生可见的变化。

智能手机通过拍摄试纸上的颜色并与标准进行比对，可以判断样品中是否存在新冠病毒靶标RNA。

在实验中，科学家们首先验证了Toehold链的特异性。

他们设计了与新冠病毒靶标RNA互补配对的Toehold链，并与非特异性序列进行比较。

结果显示，只有与新冠病毒靶标RNA互补配对的Toehold链能够启动反应，确保了检测方法的特异性。

随后，科学家们进行了废水样品中新冠病毒靶标RNA的检测。

他们从不同污水处理厂收集了一系列样品，并用开发的Toehold链置换辅助智能手机比色法进行检测。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言随着生物科技和纳米科技的飞速发展，DNA作为生物体内的基础遗传物质，其结构和功能的深入研究已经成为了科研领域的重要方向。

在众多DNA相关研究中，DNA三分子复合体中位触发链置换反应（Toehold-Mediated DNA Chain Reaction, TMDCR）作为一种精准且高效的分子反应机制，引起了广大研究者的极大关注。

特别是在荧光动力学方面的应用，不仅加深了对DNA结构和功能的理解，也开拓了新的生物检测和生物医学应用领域。

本文旨在详细阐述基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及其应用。

二、DNA三分子复合体与链置换反应DNA三分子复合体（TMDCR）是指三个或多个DNA片段通过特定碱基配对原则结合在一起形成的复合物。

在特定的条件下，这种复合体会发生链置换反应，即一条DNA链在另一条DNA链的引导下，通过碱基互补配对的方式替换掉原有的DNA 链。

这种反应具有高度的精确性和可预测性，因此被广泛应用于生物检测、纳米技术以及生物医学等领域。

三、荧光动力学研究荧光动力学是研究荧光物质在光激发下的光物理过程和光化学过程的一种方法。

在DNA三分子复合体中位触发链置换反应的研究中，荧光动力学被用于追踪和监测反应过程中的变化。

具体而言，通过将荧光探针标记在DNA链上，我们可以观察到反应过程中荧光强度的变化，从而推断出反应的进程和状态。

为了深入研究TMDCR过程中的荧光动力学行为，研究者们采用了一系列实验技术和方法。

例如，利用荧光显微镜、流式细胞仪等设备，可以实时观察和记录反应过程中的荧光信号变化。

此外，通过改变反应条件（如温度、pH值、离子浓度等），可以进一步探究这些因素对荧光动力学的影响。

四、应用领域基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究在多个领域有着广泛的应用。

1. 生物检测：利用TMDCR的高效性和精确性，结合荧光动力学技术，可以实现对生物分子的高效、快速检测。

toe区介导的dna链置换反应
TOE区介导的DNA链置换反应是一种DNA修复机制，它利用了DNA双链断裂和重组修复机制。

当目标DNA序列中存在突变、缺失或插入等需要修复的错误时，通过引入合成的TOE序列，可以实现对目标DNA进行精确修饰。

这种反应通常包括以下步骤：
1.设计合适的TOE序列：根据目标DNA序列设计一段与之互补
配对的短寡核苷酸（通常为20-30个碱基）。

TOE序列需要具有足够的亲和性。

2.实施置换反应：在DNA链置换反应中，TOE序列与目标DNA
序列互补配对，形成新的双链DNA分子，同时释放出原先的DNA链。

这种反应对于DNA修复和基因编辑等领域具有重要的应用价值。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言近年来，DNA纳米技术因其独特的分子识别和自组装能力在生物医学、纳米材料科学以及生物传感器等领域展现出巨大的应用潜力。

其中，DNA三分子复合体中位触发链置换反应（DNA three-way junction mediated strand displacement reaction）作为DNA纳米技术的重要分支，其研究在基础科学研究和实际应用中都具有重要意义。

本文将详细介绍基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及其应用。

二、DNA三分子复合体及链置换反应概述DNA三分子复合体由三个单链DNA分子通过部分互补序列形成三叉结构，即三分子复合体。

链置换反应则是通过某种方式使一条DNA链从另一个DNA三分子复合体中替换出来，从而实现信息的传递和分子结构的转换。

其中，基于DNA三分子复合体的链置换反应具有高度可编程性、可逆性和特异性，因此被广泛应用于生物传感器、纳米机器人和药物输送等领域。

三、荧光动力学研究方法荧光动力学研究是研究生物分子相互作用和反应过程的重要手段。

在基于DNA三分子复合体的链置换反应中，通过引入荧光标记的DNA分子，可以实时监测反应过程和动力学参数。

具体研究方法包括：1. 荧光共振能量转移（FRET）技术：通过测量荧光供体和受体之间的能量转移效率，可以反映DNA三分子复合体的构象变化和链置换反应的进程。

2. 单分子荧光成像技术：利用高分辨率显微镜和单分子荧光探针，可以实时观察单个DNA分子的动态行为和反应过程。

3. 动力学模型构建：结合实验数据和理论计算，构建动力学模型，分析反应过程中的速率常数、平衡常数等参数，为进一步优化反应条件和设计新型生物传感器提供理论依据。

四、荧光动力学研究在DNA三分子复合体中的应用基于荧光动力学研究，可以深入探讨DNA三分子复合体中位触发链置换反应的机制和过程。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言DNA是生物体内信息储存与传递的关键物质，其复杂的结构与功能为现代生物科学提供了丰富的研究素材。

近年来，随着生物纳米技术的不断发展，DNA三分子复合体中位触发链置换反应（以下简称链置换反应）逐渐成为研究热点。

该反应不仅具有独特的分子机制，还具有潜在的应用价值。

本文将围绕基于DNA 三分子复合体的链置换反应，对其荧光动力学进行研究，并探讨其在实际应用中的可能性。

二、DNA三分子复合体及链置换反应DNA三分子复合体是指由三个DNA分子相互作用的复合结构。

在特定条件下，这种复合体中会发生链置换反应。

链置换反应是一种分子内或分子间的动态过程，其中一条DNA链被另一条新的DNA链所取代。

这种反应具有高度的可逆性和特异性，是生物体内基因表达、复制和修复等过程的重要环节。

三、荧光动力学研究方法为了深入研究DNA三分子复合体中的链置换反应，我们采用了荧光动力学研究方法。

该方法通过引入荧光标记的DNA分子，利用荧光信号的变化来反映链置换反应的动态过程。

具体步骤如下：1. 制备含有荧光标记的DNA三分子复合体；2. 通过控制温度、pH值等条件，触发链置换反应；3. 利用荧光显微镜或荧光光谱仪等设备，实时监测荧光信号的变化；4. 分析荧光信号变化与链置换反应的关系，揭示反应机理。

四、研究结果通过荧光动力学研究，我们发现DNA三分子复合体中的链置换反应具有以下特点：1. 链置换反应具有高度的可逆性，新链的取代过程与旧链的移除过程相互协调；2. 荧光信号的变化与链置换反应的进程密切相关，可以实时反映反应的动态过程；3. 链置换反应的速率受温度、pH值等因素的影响，通过调整这些因素可以控制反应的进程。

五、应用探讨基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究，具有广泛的应用前景。

以下是几个可能的应用方向：1. 生物传感器：利用链置换反应的特异性，结合荧光标记技术，可以构建高灵敏度的生物传感器，用于检测生物体内的特定DNA序列或蛋白质；2. 药物设计：通过调控链置换反应的速率和进程，可以设计出针对特定DNA序列的药物分子，实现精准的基因治疗；3. 纳米技术：DNA三分子复合体具有独特的自组装能力，结合链置换反应的可逆性，可以构建具有特定功能的纳米结构，用于药物传递、细胞成像等领域。

《基于DNA三分子复合体中位触发链置换反应的荧光动力学研究及应用》篇一一、引言在生物学与纳米科学技术的研究领域中，DNA分子的结构和相互作用已成为热门课题。

链置换反应作为其中重要的组成部分，是一种独特的机制，能够在生物体系内控制分子运动。

尤其是DNA三分子复合体中位触发链置换反应，这一过程更是值得深入研究。

本研究利用荧光动力学方法，探索该过程的动态机制和关键参数，旨在推动其在生物学和生物医学中的应用。

二、DNA三分子复合体与链置换反应DNA三分子复合体由三个DNA分子组成，其中两个DNA 分子通过特定的碱基配对形成双链结构，而第三个DNA分子则可能通过不同的方式与前两者相互作用。

链置换反应则是指其中一个DNA分子通过碱基配对与另一条DNA链发生交换，从而改变原有双链结构的过程。

这种反应在生物体内具有重要的生物学功能，如基因表达调控、DNA修复等。

三、荧光动力学研究方法荧光动力学是一种常用的研究DNA分子相互作用和反应过程的方法。

在本研究中，我们通过荧光显微镜、光谱分析等手段，实时监测DNA三分子复合体中位触发链置换反应的过程。

利用荧光探针标记不同的DNA分子，观察其随反应进程的变化，从而推断出反应机制和关键参数。

四、实验过程与结果我们首先构建了DNA三分子复合体模型，并利用荧光探针标记各个DNA分子。

然后，通过控制实验条件（如温度、pH值等），触发链置换反应的发生。

在反应过程中，我们实时监测荧光强度的变化，并通过计算机软件处理得到荧光动力学曲线。

结果表明，在DNA三分子复合体中位触发链置换反应的过程中，荧光强度随时间呈现出明显的变化趋势。

通过对这些数据进行分析，我们得出了一些重要的结论：1. 链置换反应的速率与温度、pH值等实验条件密切相关；2. 荧光探针的标记位置和方式对观测结果具有重要影响；3. 通过分析荧光动力学曲线，可以推断出反应的机制和关键步骤。

五、讨论与应用基于上述实验结果，我们可以进一步探讨DNA三分子复合体中位触发链置换反应的机制和影响因素。