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纳米PCR

   通过纳米粒子调控和优化生物分子的性质与反应过程是当前纳米技术领域的重要研究方向之一。最近,中国科学院上海应用物理研究所物理生物学实验室米丽娟博士在胡钧、樊春海研究员指导下,发现在纳米金粒子可以动态调节聚合酶链式反应体系(PCR)中聚合酶活性,从而实现类似“热启动”的高效DNA体外复制过程。

该实验室此前曾发现金纳米粒子可以显著提高多轮PCR扩增过程的选择性(Angew. Chem. Int. Ed. 2005)。在此基础上通过深入研究纳米金粒子与聚合酶的相互作用,发现纳米金粒子可以动态调节聚合酶的活性。常用的PCR聚合酶通常在高温下发挥其DNA复制活性,然而聚合酶在低温下也具有一定的活性,这容易导致PCR达到反应温度前的非特异扩增,而且随反应前环境温度的升高和操作时间的延长,非特异性扩增尤为显著。“热启动”聚合酶则是通过基因工程或化学修饰的方法抑制了聚合酶的低温活性,使其具有高温启动的特性从而显著提高扩增特异性。在这项研究中,研究者选用尚不具备“热启动”能力的高保真聚合酶pfu进行研究,发现金纳米粒子使pfu获得了“热启动”功能,即在PCR反应前保持惰性,而在达到反应温度后聚合酶可恢复活性。在金纳米粒子存在下,pfu保持了其高保真特性。更重要的是,研究表明这种纳米酶即使在30~60保温1小时再进行PCR扩增,仍然可以得到特异性很高的单一目标产物。这种兼具高保真和“热启动”特性的纳米酶使PCR操作变得更为简单,不仅可以在室温下制备样品并保证扩增特异性,而且不同操作顺序的样品之间系统误差很小,确保样品能在相同条件下开始扩增,使结果更准确可信。

该项研究工作得到了中国科学院、国家自然科学基金委、国家科技部,上海市人民政府项目的共同资助。研究结果以内封面论文形式发表在纳米领域的国际著名科学期刊Small, 2009, 22, 2597

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