基于化学和生物工具的DNA检测

朱进

南京大学化学化工学院

由于DNA分析在病原体检测、疾病诊断和治疗、药物筛选及法医分析中均具有极为重要的应用，其检测技术正逐渐发展为融入多学科知识和方法并不断拓展的研究领域。因此，我们结合物理化学、有机化学、分子生物学和生物化学的原理，在分子水平上设计了纳米复合结构，精确地控制纳米结构的表面化学和生物功能，使具有特异性序列的DNA分子信息转化成多种新型的可识别、可放大的信号，发展了一系列DNA检测新原理和新技术。

目前，基于表面等离子共振的比色法在生物分子的快速灵敏检测方面具有独特的优势。这种方法一般是利用生物大分子之间的相互作用，诱导纳米粒子在本体溶液相中聚集，影响了局域表面等离子体共振,导致纳米溶液颜色的变化。针对这种组装模式通常存在假阳性的问题，我们设计了一种氟标签驱动纳米粒子在界面组装的方法，并将这种方法用于DNA检测¹。在探针DNA上修饰氟标签后，可将DNA的杂交行为转化为气-液、液-液、固-液多种界面的组装信号。该方法可以基于一种纳米结构实现多种检测模式，克服了纳米粒子在本体溶液组装的缺点。

基质辅助激光解析电离/飞行时间质谱是广泛采用的测定生物大分子的方法。但是，对于DNA等易片断化、离子化效率不高的分子，利用生物芯片检测单分子层的杂交行为难以实现。我们提出了一种利用有机小分子对目标DNA进行编码，将DNA的杂交事件转化为有机小分子的质谱信号来进行DNA检测的方法²。这种策略同时实现了DNA芯片的多通道无规则阵列检测。

为了进一步拓展激光解析电离/飞行时间质谱在生物大分子多通道检测中的应用，我们利用质粒对目标DNA进行编码，发展了一种将DNA杂交过程转化为体外表达的多肽质谱信号的方法³。质粒表达多肽策略为无需通过生物分子的空间阵列化进行多重检测提供了一种新途径，同时实现了灵活、简单易行、模式化的高容量编码能力。

利用纳米、微米结构进行生物大分子相互作用的检测已经在很多方面超越了传统检测技术。然而，检测极低浓度的目标分子仍有进一步发展的空间。我们发展了一种利用生物矿化手段放大低浓度DNA信号的方法⁴。这种方法利用生物分子的天然功能，将无机矿物三维结构的组装用作信号放大手段，拓展了生物功能分子在分子诊断研究中的应用。

参考文献

(1) Hong, M.; Zhou, X.; Lu, Z.; Zhu, J.* Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9503-9506.

(2) Qiu, F.; Jiang, D.; Ding, Y.; Zhu, J.*; Huang, L. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2008,47, 5009-5012.

(3) Zhou, X.; Cao, P.; Tian, Y.; Zhu, J.* J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4161-4168.

(4) Zhou, X.; Xia, S.; Lu, Z.; Tian, Y.; Yan, Y.; Zhu, J.* J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6932-6934.

朱进，男，1971年出生，南京大学化学化工学院教授，博士生导师。1992年本科毕业于南京大学化学系，1995年硕士毕业于中国科学院化学研究所，1999年博士毕业于美国Northwestern University(Dr. Chad Mirkin研究组)，1999至2005年先后在美国University of California at Santa Barbara(Dr. Galen Stucky研究组)和日本科学技术振兴机构(Dr. Sumio Iijima研究组)从事研究。2005年起在南大化院任教授和博士生导师，2006年获得教育部新世纪优秀人才计划的支持。