[发明专利]一种荧光可编码的框架核酸结构的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种荧光可编码的框架核酸结构的制备方法和应用，制备方法步骤如下：首先根据框架核酸的结构特点，对特定的碱基位置进行荧光素修饰，设计不同荧光编码的框架核酸结构；将不同荧光素修饰的单链DNA按照相同摩尔比混合，通过高温退火自组装制备不同荧光编码的框架核酸结构；最后对不同荧光编码的框架核酸结构针进行荧光表征。本发明可以构建出荧光可编码的框架核酸结构，精准控制探针中荧光素的种类、位点及个数，从而形成荧光素的特定分布。为构建高性能FRET探针并开拓其在生物检测、医学诊断、光电子学领域的应用提供新方法和新工具。

技术领域

本发明属于生物纳米材料技术领域，具体涉及一种荧光可编码的框架核酸结构的制备方法和应用。

背景技术

基于荧光分析的检测方法凭借着简单、低成本、高灵敏度、易于适应自动分析、支持空间分辨率成像以及提供多种信号输出模式等优点，被广泛地应用于生物传感或生物检测领域。荧光探针不仅提供了检测生物或环境重要分析物的独特途径，还有助于揭示这些分析物的生理和病理功能。在众多荧光探针中，基于“荧光能量共振转移(FRET)”的荧光探针具有更广泛的适用性。相比于传统的单荧光探针，FRET探针独特的双荧光输出方式，可以提供内部自校准，从而有效避免复杂环境对荧光强度带来的干扰，避免假阳性信号的产生。

但是，目前的FRET探针仍然存在着灵敏度不足的缺陷。常用FRET探针的供受体分子比通常为“1供体：1受体”，由于单个供受体之间的偶极-偶极之间的相互结合较弱，FRET效率低，导致探针的灵敏度不足。为提高检测灵敏度，常在探针设计过程中将FRET与循环扩增策略相结合，如核酸酶或杂交链式反应(HCR)。然而，引入的扩增元件通常需要通过转染或者纳米材料载带进入细胞，这些结构可能会在细胞中发生降解或对结果产生干扰。因此，为有效提高FRET探针的检测灵敏度，需要提高FRET探针的FRET效率，而FRET效率与FRET对中的供受体比例密切相关。因此，构建一种荧光可编码的FRET探针，不仅可以充分发挥FRET探针抗假阳性信号的能力，还可以有效提高探针在活细胞环境中的成像灵敏度。

改变供受体比例需要在特定位置上进行多位点荧光修饰，然而，局部多位点荧光修饰不仅难度高而且成本昂贵。“框架核酸(Framework Nucleic Acids，FNAs)”的概念由上海交通大学樊春海院士团队率先提出，是指一类基于DNA纳米技术构建的具有特定框架结构的核酸体系。该类结构基于碱基互补配对原则组装，拓扑结构高度均一稳定，具有精确可编程性及修饰位点的有序可寻址性，能为生物探针平台的构建提供精确组装模板。

因此，亟待开发一种基于框架核酸结构自组装构建的荧光可编码的FRET探针，从而获得具有高FRET效率的探针，能够将其用于生物检测、医学诊断、光电子学等领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种荧光可编码的框架核酸结构的制备方法和应用，为构建高性能FRET探针并开拓其在生物检测、医学诊断、光电子学等领域的应用提供新方法和新工具。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种荧光可编码的框架核酸结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)将荧光素修饰到DNA单链S1、S2、S3和S4上，根据框架核酸的结构特点及碱基互补配对原则使得所述DNA单链进行自组装，设计不同荧光编码的框架核酸结构；

步骤2)将步骤1)中修饰有荧光素的DNA单链S1、S2、S3、S4按照相同的摩尔比混合，通过高温退火自组装的方法制备出不同荧光编码的框架核酸结构；

步骤3)将步骤2)中制备的不同荧光编码的框架核酸结构进行荧光表征，得到其荧光光谱图。

优选地，步骤1)所述荧光素包括近红外二区荧光分子、上转换粒子、量子点、罗丹明、花菁染料、金纳米簇、含芳香烃/杂环结构的荧光团中的一种或至少两种的组合。