DNA纳米传感器荧光成像技术分析

王 玲

（西安铁路职业技术学院，陕西西安 710014）

在生物医学的检测领域中，进行纳米量级的微观距离测量，应用最为广泛并且最多的是荧光共振能量转移技术，也就是我们通常所说的“光学尺’技术。同时，在生物医学的测量标记中，由于量子点由于本身在实际应用中，不仅具有量子产量高以及荧光寿命长等特征，同时还具有激发普宽、发射谱窄，能够通过调整粒子尺寸进行不同颜色荧光需求的满足实现，在生物大分子标记应用中，具有非常突出的特征优势。因此，在生物医学检测领域的实际检测应用中，将荧光共振能量转移技术与量子点特征结合起来，进行生物医学检测应用与研究，并且越来越受到关注和重视。基于量子点的DNA纳米传感器模型，就是这样的背景与基础下研究产生的，它在实际检测应用中，不仅对于量子点的荧光共振能量转移技术检测应用中的能量转移效率低的局限性问题，有很大的改善与克服提高，并且在实际检测应用中，检测灵敏度也非常高，具有比较突出的应用优势。本文将主要在对于DNA纳米传感器模型原理分析的基础上，将ICCD荧光显微成像系统与DNA纳米传感器模型相结合，实现DNA纳米传感器的荧光成像功能技术，并在实际的DNA检测中进行应用实现。

1 DNA纳米传感器模型与技术分析

基于量子点的DNA纳米传感器模型，主要是一种通过将毛细血管和雪崩二极管作为主体的荧光强度检测系统平台，以对于溶液中的 DNA或者是RNA片段进行测量分析与应用实现，它对于传统的量子点荧光共振能量转移检测技术检测应用中的能量转移效率低问题，有很大的克服与改善，并且具有检测灵敏度高的特征，具有相对比较广泛的应用。如下图1所示，为DNA纳米传感器模型的结构与工作原理示意图。

如上图所示，在生物医学检测领域中，为了实现对于30个碱基数的特定DNA片段进行检测实施，就需要分别进行5’端和3’端的制作，以进行有荧光染料Cy5报告探针和有生物素捕获探针的修饰应用，在实际检测过程中，进行制作的这两个端头会与需要进行检测的DNA片段碱基相互进行配对互补。在进行DNA检测过程中，如果进行检测的溶液样品中包含有特定的DNA片段，那么捕获探针和报告探针就会分别与包含DNA片段进行配对互补，形成杂交聚合体，并进行生物素与有荧光料之间的连接实现，这时再进行由链霉亲和素修饰过表面的量子点的加入，量子点表面的链霉亲和素就会与生物素之间进行反应结合，这时杂交聚合体就会被量子点进行捕获，并形成一种纳米传感聚合体。通常情况下，在纳米传感聚合体中，一个量子点供体会与多个有荧光料受体之间进行外连，这样一来就会大大提高量子点和有荧光料之间的荧光共振能量转移效率，这也是DNA纳米传感技术与荧光共振能量转移技术之间的区别。

如下图2所示，为DNA纳米传感器进行DNA检测过程中，量子点与有荧光料的激发普与发射谱示意图。在下图所示的量子点激发普中，如果使用一定的激发光进行照射，就能够发现明显的有荧光受体，也就意味着该检测样品中有特定DNA片段存在。

图1 DNA纳米传感器模型的结构与工作原理示意图

图2 量子点与有荧光料的激发普与发射谱示意图

2 ICCD荧光显微成像系统的分析介绍

通常情况下，ICCD荧光显微成像系统中，主要包括具有一定发射波长的氩离子激光器以及双波长分束器、像增强型CCD、系统控制和图像处理软件、安装有全内反射荧光专用油浸物镜的一种倒置显微镜等，一般，ICCD荧光显微成像系统中激光器的光功率密度多调制在17.6W·cm-2上。如下图3所示，为ICCD荧光显微成像系统的结构装置示意图。

图3 ICCD荧光显微成像系统的结构装置示意图

在ICCD荧光显微成像系统中，显微镜中的二色片以及长通滤波片主要是用于进行筛选物镜收集的光信号信息，而系统中双波长分束器中的二色片以及两块滤波片，在实际检测成像应用中，其应用参数分别设置为630dcxr以及D680/35、S605/40等。在ICCD荧光显微成像系统中，系统中应用的滤波片，主要是根据激发光的波长以及量子点、有荧光料的光谱情况进行选择决定的。通常情况下，ICCD荧光显微成像系统检测应用中，双波长分束器分别会将供体荧光和受体荧光成像显现在ICCD的左右两边两个区域之中，这样一来，既可以实现使用一个ICCD探测器进行荧光供体与荧光受体的同时拍摄，也有利于对于荧光能量共振转移效率进行观测分析，具有一定的特征优势。如下图4所示，为ICCD荧光显微成像系统中滤波片与二色片的谱图示意图。

图4 ICCD荧光显微成像系统滤波片与二色片谱图示意图

在进行DNA奈米传感器荧光成像技术的试验中，对于ICCD荧光显微成像系统的结合应用，最好采用全内反射激发荧光方式进行分析应用实现，这样在实际激发应用过程中，能够只对于贴近界面100nm范围以内的样品进行激发实现，不仅能够有效的减小激发的体积，而且对于激发过程中产生的背景噪音也有很好的控制与减小，同时具有较高的信噪比，对于检测试验样品的光损伤与光漂白作用也比较小，具有积极的作用意义，在活细胞检测试验中的适用性非常高。

3 DNA纳米传感器荧光成像技术分析

根据上文所述内容可以知道，实现DNA纳米传感器荧光成像技术，主要是在对于DNA纳米传感器模型与ICCD荧光显微成像系统的结合应用基础上，进行实现的，因此，为验证DNA纳米传感器模型与ICCD荧光显微成像系统结合，实现DNA纳米传感器荧光成像技术的可行性，就需要通过相关试验进行分析验证。下文主要从DNA纳米传感器荧光成像技术对于目标DNA片段的检测，以及对于DNA捕获的实时观测、进入活细胞的荧光共振能量转移观测等试验结果中，对于DNA纳米传感器荧光成像技术进行分析论述实现。

首先，DNA纳米传感器荧光成像技术在进行目标DNA片段的检测试验中，主要是进行了量子点和多受体之间进行荧光共振能量转移的转移模型设计实现，假定量子点的直径以及荧光量子产率、表面修饰链霉亲和素的数量等参数一定，在确定需要检测试验DNA的包含成分后，进行检测实施。根据试验情况可知，由于被检测样品中含有目标DNA的存在，因此在与DNA 碱基互补配对情况下，杂交聚合体会与相应聚合体发生荧光共振能量转移现象。其次，在进行DNA捕获的实施观测与进入活细胞发生荧光共振能量转移观测阶段，DAN纳米传感器荧光成像技术，会根据DNA纳米传感器模型捕获探针与报告探针的捕获报告情况，在与DNA片段进行杂交聚合后，形成杂交聚合体，进行生物素和有荧光料之间的连接实现，并在量子点作用下在生物素和量子点表面结合过程中，实现对于杂交聚合体的捕获与成像显现。

4 结束语

总之，DNA纳米传感器荧光成像技术，是在对于DNA纳米传感器模型以及ICCD荧光显微成像系统的结合应用基础上，实现的一种对于DNA片段的检测应用技术，它在生物医学检测领域中的应用比较广泛，并且具有一定的应用优势，进行该技术的分析论述，有利于提高该技术的检测应用水平，促进该技术在实际中的应用推广，具有积极的作用和意义。

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