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miRNAs在DNA损伤、动植物细胞代谢和分化、细胞凋亡和癌症发生等生物学行为中发挥着无比重要的调节作用,其表达水平的改变与肿瘤恶化程度息息相关,这意味着miRNAs存在巨大的潜力成为诊断标志物和癌症治疗的目标物。因此为了能更深入地研究miRNAs的功能,急需发展一种原位、快速、灵敏和特异性的细胞内miRNAs检测方法。本论文基于当前研究热点材料-金属有机骨架纳米材料为基体,结合功能核酸分子探针,发展了活细胞内miRNA的原位、高灵敏、高特异性成像检测技术。具体研究内容如下:一、基于核酸分子信标-金属有机骨架纳米组装体的细胞内miRNA检测及成像研究以酸敏感的锌-咪唑金属有机骨架纳米材料(ZIF-8)为研究对象,结合能特异性识别目标miRNA序列(以miR-21为模式分子)的核酸分子信标(MB),构建分子信标-金属有机骨架纳米组装体(MB@ZIF-8)。在中性条件下,MB能有效地负载在ZIF-8上,而在酸性环境中,ZIF-8发生溶解,释放装载的MB分子。实验结果表明:MB@ZIF-8能通过溶酶体机制进入癌细胞,在溶酶体的酸性条件下释放MB,然后与癌细胞内高表达的miR-21结合,激活荧光信号,实现对活细胞内miR-21的检测成像研究。将金属有机骨架纳米材料和分子信标核酸探针相结合,是本实验的一大创新点,为该新型材料在生物传感方向的应用开创了巨大的前景,同时该MB@ZIF-8纳米颗粒具有容易制备、生物相容性较好、荧光背景信号低以及成本低等优点。因此该方法有望用于生物传感分析、疾病诊断和治疗等方面的进一步研究。二、基于金属有机骨架纳米材料和杂交链式反应的细胞内miRNA高灵敏检测和成像研究设计基于荧光共振能量转移(FRET)信号发生模式的杂交链式反应(HCR),结合酸敏感的ZIF-8纳米材料,发展活细胞内miRNA的高灵敏度、高选择性传感探针。首先,通过一步合成法合成装载有hp1和hp2核酸发夹探针的hp1hp2@ZIF-8纳米材料,其中hp1探针能与靶标链发生特异性结合而引发发夹链hp1和hp2的交替打开,形成聚合物双链DNA。hp1中间修饰FAM供体荧光分子,hp2末端修饰TAMRA受体荧光分子,形成的大分子双链DNA中,供体荧光分子和受体荧光分子会相互靠近,从而产生FRET效应,进而实现对目标物的响应。当没有目标物存在时,hp1发夹结构不会被打开因而不能产生FRET效应。该方法能有效避免假阳性信号的产生,具有灵敏度高、检测限低、特异性好、荧光背景信号低和操作简便等优点。