[发明专利]一种基于DNA纳米结构的多色荧光探针及其制备方法以及应用

说明书

本发明公开了一种基于DNA纳米结构的多色荧光探针及其制备方法以及应用，所述制备方法包括：构建手臂链数量不同的DNA四面体；以逐层组装或分形组装的策略构建DNA纳米自组装结构，通过在DNA纳米自组装结构上标记不同种类和数量的荧光分子，从而构建一种基于DNA纳米自组装结构的多色荧光探针。本发明实现了以“自下而上”的自组装手段构建小尺寸多色荧光探针，突破传统荧光标签编码数量低、光学性质不可控的缺陷。根据本发明提供的多色荧光探针可用于单分子水平目标分子识别及肿瘤细胞识别，并且该多色荧光探针具有良好的生物相容性，因此具有良好的生物医学应用前景。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体地涉及一种基于DNA纳米结构的多色荧光探针及其制备方法以及应用。

背景技术

多种生物小分子、核酸、蛋白质的同时定性或定量检测对于生命科学及生物医药等基础研究具有重要的科学意义。例如，恶性肿瘤等复杂疾病的发生，涉及体内多种生化反应，疾病通常有多种相关联的生物标志物。因此，相对于单一标志物的检测，多个标志物的多通路检测与成像能够提高早期检测结果的准确性，减少假阳性或假阴性的检测结果。因此，多通路检测是生理病理过程研究的重要手段，对于临床医学极其重要。无侵入性荧光成像由于其实时、时空分辨率高等优势，是当前研究人员和临床医生进行多种生物分子研究，进而监测生理和病理过程与机制的重要手段。在实际的多种靶标分子的荧光检测中，荧光探针之间由于光谱重叠易发生串扰及相邻光谱分子间的FRET效应导致在可见光区的有效荧光探针数量只有4~5种，极大地限制了多通道荧光成像技术的发展。因此，发展构建编码丰富的多色荧光探针方法是当前发展多通路检测的当务之急。

DNA纳米技术为解决上述问题提供了新的思路。基于“自下而下”的自组装策略，通过DNA碱基互补配对杂交，多种不同空间构型的DNA纳米材料被相继报道。相比于其他纳米材料，DNA纳米材料具有很好的可编程性和寻址性，其可以作为模板，通过精确控制靶标分子的空间位置和数量，实现对靶标分子的可控组装。此外区别于单链DNA，DNA纳米链通过序列之间的杂交组装成DNA纳米结构时，材料结构刚性明显增强。这种刚性结构不仅有利于控制靶标分子的距离，且可以自主进入细胞，并且具有很好的抗酶切性能。因此，DNA纳米结构在细胞内的多通道成像中具有巨大的潜力。例如，通过在DNA折纸的不同位置修饰不同种类和数量的荧光分子，构建数量丰富、荧光信号不同的DNA荧光探针。但是为了防止折纸上荧光分子之间的FRET效应，不同荧光分子间的距离需要在10 nm以上，通常需要几百纳米的DNA纳米结构作为基元，但是太大的尺寸不利用细胞摄取，且降低了成像分辨率。而尺寸太小的DNA纳米结构，其提供的修饰位点较小，因此不能利用空间位置对荧光分子进行编码。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DNA纳米结构的多色荧光探针及其制备方法以及应用，从而解决现有荧光成像技术中荧光探针编码数量低、发光性质（颜色和强度）不可控等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种基于DNA纳米结构的多色荧光探针的制备方法，所述制备方法包括：构建手臂链数量不同的DNA四面体；以逐层组装或分形组装的策略构建DNA纳米自组装结构，通过在DNA纳米自组装结构上标记不同种类和数量的荧光分子，从而构建一种基于DNA纳米自组装结构的多色荧光探针。

所述DNA纳米自组装结构是由多个DNA四面体单体通过手臂链的杂交形成的二维平面或三维立体的DNA纳米结构。

所述DNA纳米自组装结构包括DNA四面体、DNA立方体、DNA三角双锥、DNA八面体、DNA二十面体、DNA折纸。

优选地，所述手臂链位置可以设计在DNA四面体的其他位点，所述手臂链的位置包含5’端、3’端或中间任意位置。

所述DNA纳米自组装结构上的荧光分子的标记方法，优选地所述标记方法包括共价、嵌入、配位中的任意一种或者多种。