[发明专利]一种颗粒间相对运动的DNA步行器及其生物传感的应用

说明书

本发明具体涉及一种颗粒间相对运动的DNA步行器及其生物传感的应用。本发明提供了一种颗粒间相对运动的DNA walker，该DNA walker由WPs和TPs组成，在特定目标的刺激下诱导WP沿周围的TP作相对运动来实现的。由于WP沿着多个TP逐一、持续地行走，从而增强了行走亲和力、提升了行走自由度和面积。另外，该DNA walker具有快速的信号累积和抗干扰能力，实现了复杂基质中ZIKV‑RNA的灵敏测定。这种新型的DNA walker在生物分子灵敏检测和实际样品分析中具有潜在的应用价值。此外，基于相分离组件的DNA机器的构建可以为调控粒子运动和研究表面固定化的分子之间的相互作用提供了一种有力的工具。

技术领域

本发明属于DNA步行器技术领域，具体涉及一种颗粒间相对运动的DNA步行器及其应用于RNA核酸片段检测的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

DNA因其精确的碱基配对能力、序列可编程性，结构可控性和易于修饰等特点，而被认为是最有前途的分子机器构建材料之一。DNA walker是一类核酸可以沿着预定的轨道自发地、逐步移动的DNA分子机器。由于其独特的机械运动、高度方向性和固有的信号放大能力而备受关注。DNA walker已经从基于一维(1-D)轨道发展到基于DNA折叠或DNA修饰的平面的二维(2-D)轨道，甚至是基于球形颗粒的三维(3D)轨道。与1-D和2-D DNA walker相比，3-D DNA walker可以行走更多的步数，这是由于其具有较大的比表面积可承载高密度DNA轨道，赋予它们更高的运行持续能力和更好的信号放大能力。

目前构建的3-D DNA walker通常分为两类：固定型DNA walker和游离型DNAwalker。固定型DNA walker通常通过行走链与粒子表面共价结合作用或将步行链与辅助链结合的方式而将行走链的一端固定在粒子表面。这类3-D DNA walker通常将行走链和轨道链修饰在同一个球形粒子上。行走链的运动受限于粒子表面，并且行走链的有限的长度只能允许其在立足点附近摆动，因此3-D DNA walker的行走区域可能会受到限制。游离型DNAwalker的工作原理是，自由的单足或双足步行链沿着轨道链功能化的颗粒表面行走。游离型DNA walker的运行过程中，行走链可能会脱离轨道以暂停步进，随后才能稳定地重新连接到另一个DNA轨道。总体而言，有限的步行区域或脱轨有可能降低步行速度和持续性，这将进一步削弱3-D DNA walker的快速信号累积能力。发明人认为，现有DNA步行器的上述缺陷不利于DNA步行器在生物检测应用中的持续运行能力及检测灵敏性，限制了其分析能力。

发明内容

针对上述研究背景，发明人认为有必要开发新型的DNA walker，本发明提供了一种颗粒间相对运动的DNA步行器，其可以快速地持续行走并且具有提升的行走自由度以及与轨道增强的亲和力。该DNA walker由行走颗粒(WPs)和轨道颗粒(TPs)组成。WPs是通过将包含DNAzyme序列的封闭行走链功能化到AuNPs上来获得。TPs是通过将荧光团标记的包含底物序列的轨道链功能化到AuNPs上而获得，在刺激的触发下，WP上的行走链协同杂交TP上的轨道链。轨道链被DNAzyme切割，并伴随着荧光团的释放和荧光的恢复。随后WP上相邻的行走链与下一个轨道链杂交，从而诱导WP在TP周围作相对运动。当沿着一个TP的表面行走结束后，WP寻找新的TP，继续作相对运动并重复上述过程。行走链与轨道链的协同结合是稳定的，WP不易从TP脱轨。与颗粒内运行的DNA walker相比，所设计的DNA walker的行走自由度和区域得到了提升，进而提高了行走速度和持续性，最终促进了信号的快速积累。本发明以致病性病毒片段ZIKV-RNA为模型靶标对上述DNA步行器的检测性能进行了验证，证实该DNA walker具有良好的灵敏度和特异性。

基于上述研究成本，本发明提供以下技术方案：