基于SPR技术的肽核酸型基因芯片检测系统 生物医学工程专业论文.docxVIP

基于 SPR 技术的肽核酸型 基因芯片检测系统 重庆大学硕士学位论文 学生姓名：申宁馨 指导教师：彭承琳 教授 专 业：生物医学工程 学科门类：工 学 重庆大学生物工程学院 二 OO 八年四月  Peptide Nucleic Acid GeneChip Detection System Based on Surface Plasmon Resonance Technology A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of (Master) of Engineering by Shen Ningxin Supervisor: Prof. Peng Chenglin Major: Biomedical Engineering College of Bioengineering of Chongqing University,Chongqing,China April, 2008  摘 要 很多的生物分子反应 可在介质的接触面上 进行， SPR （ Surface Plasmon Resonance）就是这样一种检测技术，它可以高灵敏的实时检测生物分子反应并且 无需标记，SPR成像技术为监测传感器表面较大区域的吸附反应提供了手段。 肽核酸（Peptide Nucleic Acid，PNA）是借助计算机的辅助设计出的一种人工 合成的DNA的模拟物。肽核酸(PNA)以N-(2-氨基乙基)甘氨酸替代DNA分子中的磷 酸戊糖骨架。它能特异性地识别与DNA、RNA所形成的杂交体。PNA-DNA、 PNA-RNA的稳定性要比相应的DNA-DNA、DNA-RNA高，而且PNA识别单碱基的 能力强于DNA和RNA，使之在微阵列，有着广泛的应用前景。这非常符合临床检 测的实际需要，可能会成为未来基因芯片探针的主要杂交模式。 纳米直径的金颗粒用于生命科学研究中的示踪技术已有较长的历史，由于其 独特的物理、化学性质及生物相容性，近年来更是在芯片检测技术中得到了广泛 的应用，特别是用不具备吸附能力的纳米金作为信号报告分子则被认为是芯片检 测中的一个重要进展。 本文由国家自然科学基金资助，研究目的是设计出高通量的SPR检测系统。这 里先给出了表面等离子体波的理论分析，叙述了肽核酸和纳米金的性质与应用。 本文根据SPR成像方法描述了高通量技术及其发展，并以此来研究PNA和DNA的 杂交。在该实验中，PNA被固定在纳米金膜表面。开发自制的SPR检测系统来研究 PNA和DNA的反应具有重要意义。 自制的高通量SPR检测系统包括光学单元，传感单元，流通单元，图像采集与 处理单元四个主要部分。采用角度调制方式，具有灵活的角度可变性，满足较大 的测量范围。 本文给出了流通系统的设计方法，可通过蠕动泵、六通阀及测量池实现。CCD 面阵检测器、图像采集卡、图像采集软件构成了采集单元，图像处理软件可实现 图像的存储、显示、处理功能。通过candy算子，实现了SPR图像的边缘检测。 关键词：表面等离子体共振，基因芯片，生物传感器，肽核酸，图像分割  ABSTRACT Most of the biomolecular recognition process operate at interfaces. SPR(Surface Plasmon Resonance)technology is used to measure biomolecular interactions in real time with high sensitivity and without labels. SPR imaging provides great convenience of monitoring adsorption across a large area of sensor surface with high resolution. Peptide nucleic acid (PNA) is a nucleic acid mimics design by CAD， in which the sugar phosphate backbone of natural nucleic acid is replaced by a synthetic peptide backbone formed by N-(2-aminoethyl)-glycine units. PNA can recognize DNA and RNA specifically and PNA-DNA, PNA-RNA complexes are more sta