[发明专利]一种荧光分子开关及其荧光探针和荧光探针的应用

说明书

技术领域

本发明涉及荧光探针，具体的说是一种荧光分子开关及其荧光探针和荧光探针的应用。

背景技术

近几十年内计算机的发展速度令人瞠目，然而目前基于硅芯片的集成电路的密度已接近理论极限，成为制约现代电子计算机进一步发展的技术难题。而人工智能的实现取决于计算机电路的密度和复杂性，基于此原因，目前以半导体技术为基础的电子电路或许难以产生真正的认知能力。解决上述问题的出路在于：从观念和技术上彻底抛开传统的硅半导体电子器件，进而研究分子计算机，再进而发展基于生物大分子的生物分子计算机。

DNA计算机被认为是未来最理想的计算机形式，其优势体现在以下几点：1）超大规模的并行计算能力；2）庞大的储存容量；3）极高的能量利用率。因此DNA计算机在信息处理方面的应用能够像其它电子设备一样具有重要意义，并且有望在某些领域弥补传统电子计算机的不足，如密码问题、多项式复杂程度的非确定性问题(即NP-完全问题)等。当然，DNA计算机不仅仅是传统电子计算机的一个补充，科学家们期望未来DNA计算机能在药物传输与释放、生物传感器、异常基因修复和疾病检测等方面发挥重要作用。虽然DNA计算未来潜力无穷，但目前仍处于研究的初始阶段，有许多瓶颈技术和基础问题需要解决。理论上来说，基于DNA的分子逻辑门是DNA计算机体系结构的产生基础和DNA计算机实现技术的硬件基础。因此，DNA逻辑门的设计与构建就是一个至关重要的基础问题。

近年来，在丰富DNA逻辑门的类型、提高运算功能以及扩展应用范围等方面上，化学材料的引入发挥了重要的作用，充分体现了计算机科学、化学及生物学多学科交叉融合的优势和特点。目前，用于DNA逻辑门构建的化学材料包括金纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、有机小分子和量子点等。此外，水溶性阳离子共轭聚合物（Cationic Conjugated Polymers(CCPs)），作为新型荧光探针，被用于多种共轭聚合物/DNA超分子逻辑门体系和生物传感器的研究。然而基于共轭聚合物的DNA逻辑门的研究也逐渐到了瓶颈期，更多的是转向了生物传感器方面的研究。与聚合物相比，有机小分子具有确定的相对分子质量、易于提纯、性质稳定、荧光量子产率高等优势。另一方面，有机小分子可以通过共价键的方式与DNA分子相互作用，主要是与DNA分子的末端氨基形成共价键连接，或者是共价修饰到某一个碱基上。这种类型的有机小分子已经广泛用于核酸多态性检测和生物传感器的研究。目前，除了几种常见的商品化的核酸标记型有机小分子荧光染料外，有机荧光小分子材料在分子逻辑门和逻辑器件的构建方面的研究还很少见。

发明内容

本发明目的在于提供一种荧光分子开关及其荧光探针和荧光探针的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种荧光分子开关，以芴的小分子衍生物作为荧光分子开关。

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

式一。

所述式一所示化合物在pH1-6条件下荧光减弱（“关”）；在pH7-14条件下荧光显著增强（“开”）。

具体是，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）作为荧光探针在荧光离子开关与逻辑门中的应用中；化合物5的荧光强度受pH值调节控制，在pH1-6条件下荧光减弱（“关”）；在pH7-14条件下荧光显著增强（“开”）；此分子开关在一个小时内保持良好的稳定性；检测环境为H₂O:DMSO=5000:1；pH调节用5M NaOH和12M HCl溶液。

一种芴的小分子衍生物的荧光探针，荧光探针为经DNA修饰的芴的小分子衍生物。所述芴的小分子衍生物为2,7-二苯基羧酸取代的芴的小分子衍生物，结构式一如下，

式一。

所述经DNA修饰的芴的小分子衍生物为衍生物两端的活性酯基与DNA的5’端氨基共价结合相连获得。

所述DNA序列为P1、P2或P3；其中，

P1:5’-FSM-AATCCGTCGAGCAGAGTT-3’；

P2:5’-FSM-GGGTTAGGGTTA-3’；

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

所述猝灭剂为双链DNA(dsDNA)，荧光染料SYBR GREEN I(SG I)，溴化乙锭(EB)、适配体或靶分子复合物。