纳米金提高PCR反应效率

1.纳米金的研究背景

近年来，纳米颗粒的应用已经成为分子检测中的研究热点。其中一种新型的PCR添加剂——纳米金（Au nanoparticles，AuNPs）作为生物兼容性良好的新型材料，具有很多不同于宏观材料的物理特性和化学特性而备受关注。2005年，在科学家发现纳米金颗粒可以显著提高PCR反应速率后，许多学者对纳米金对提高PCR效率的反应机理做出大量研究，起初，多数学者认为纳米金通过调控DNA聚合酶影响PCR反应。同时，有科学家认为纳米金颗粒不能提高PCR的特异性，而是能通过促进短链产物的扩增而抑制长链产物的扩增，通过增加TaqDNA聚合酶的浓度或者加入小牛血清蛋白（BSA），纳米金粒子的抑制效应会降低。又提出在荧光定量PCR中，纳米金粒子和TaqDNA聚合酶之间存在相互作用关系，较高的纳米

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金粒子浓度会降低PCR的反应效率1。至于纳米金的作用机制直至目前仍未完全弄清。 1.纳米金的性质

纳米金又称胶体金，是指粒子直径在1nm~100nm之间的金粒子具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响七生物活性。由氯金酸通过还原法可以方便地制备，不同粒径的纳米金其颜色依直径大小呈红色至紫色。

随着金微粒尺寸的减少，其表面能及表面张力增加，进而使其性质发生改变，即表面效应。因此纳米金活性很高，易于其他原子结合。这也是纳米金可以做PCR催化剂的因素之一。

2.纳米金对PCR效率提高机制的研究

目前已有文献报道一些PCR添加剂如石墨烯、甜菜碱、酰胺类化合物等可以有效地改善PCR扩增效率。经研究纳米金粒子作用机制应该与以上这些不同，当TaqDNA聚合酶浓度一定时，加入适量纳米金粒子会促进PCR反应，但随着纳米金粒子的增加，又会对PCR产生抑制作用。

纳米金粒子可能起到DNA聚合酶β亚基的作用，它的作用就像“滑动夹子”（sliding

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clamp）携带着聚合酶沿着DNA链自由滑动3。纳米金颗粒可以和TaqDNA聚合酶形成复合物，快速准确地带动引物寻找结合位点。而起到抑制作用的原因可能是：当浓度过大时，多

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余的纳米金粒子会与单链DNA结合，产生位阻效应4 ，从而产生抑制作用，通过增加TaqDNA聚合酶的浓度消除纳米金粒子的抑制作用，从这角度也可以说明出Taq酶和纳米金粒子存在联系。至于加入小牛血清蛋白（BSA），是因为Taq酶是有一条肽链组成的蛋白质，BSA也是一种蛋白质，通过部分纳米金粒子与BSA作用，效果相当于降低过量的纳米金粒子的浓度。 3.心得与感悟

高热传导性是纳米金粒子的显著特性，但这并不是影响PCR效率的主要原因5。迄今为止，对于纳米金的特性仍有很大的研究空间。众所周知，在当今社会纳米材料是一项前沿

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学科，有着广泛的应用，与纳米有关的科学成果已经极大地推动了社会的发展，我愿用热情上好这门课程，小至一次作业的提交，以小见大，踏实的提高自己对纳米科学的理解，激起自己对纳米科学的兴趣，多说无益，我愿在以后的时光里用实际行动证明自己。

参考文献

[1] VU B V, LITVINOV D, WILLSON R C. Gold Nanoparticle Effects In Polymerase Chain Reaction: Favoring of Smaller Products by Polymerase Adsorption [J]. Anal Chem, 2008, 80: 5462-5467 [2] 纳米金

[EB/OL].http://baike.baidu.com/link?url=uczXpLrXxDWOeLv-jhhazqVsz7wCADa8Akp_To6Q4pu1sT0_xKqii3X1yo2qpwC-H7yp_7iNKnObTxBn51cboq. [3] CHEN C, ZHANG A L, ZHANG X D, et al. Numerical Simulation of AU Nanoparticles Effect on the PCR Process [J]. Journal of Biomechanical Engineering, 2009, 131(7): 074512

[4] 朱红平，米丽娟，陈仕谋，等，胶体金和TaqDNA聚合酶的相互作用研究[J].中国化学，2007，25（9）：1233-1237

[5] LIANG Yue-yuan, JIANG Zhi-liang, JIANG Bo. Nanogold Labeled Assay [J]. Analysis and Testing Technology, 2007, 13(3): 163-168