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在本研究中，使用了能够选择性地与被荧光染色的单链目标DNA（荧光DNA）结合的单链DNA修饰的2种大小和材质不同的探针粒子（金纳米粒子，Probe1；聚苯乙烯微粒，Probe2），尝试通过用激光照射含有这些粒子的溶液，利用光的力量（光诱导力）以及由该力引起的光诱导对流，使目标DNA和探针粒子局部集中，从而加速DNA双链的形成。结果发现，经过5分钟的光照，探针1和2的凝集物形成约数十μm大小，荧光DNA被聚集并捕获在凝集物的间隙中。还发现，与探针颗粒表面的DNA牢固结合的互补碱基序列（匹配DNA）越强，发出的荧光信号就越强（图2左）。特别地，本研究中使用的微粒经历了“米氏散射”，即当微粒的尺寸与激光波长相当时，光会发生强烈散射的现象。这种增加的光功率可用于提高浓缩效率。此外，由于光力增加时组装体变得更加稳定，因此人们认为可以实现迄今为止难以实现的固液界面光诱导双链形成的加速。通过利用该机制，我们实现了 7.37 fg/μL 的检测限，成功以比传统数字 PCR 方法（检测限：约 200 fg/μL）高一到两个数量级的灵敏度检测 DNA（图 2，右）。通常情况下，由于互补 DNA 分子之间碰撞的概率较低，在如此稀释的 DNA 溶液中形成双链需要很长时间。异探针光学浓缩法对 DNA 的检测之所以具有高灵敏度和快速性，被认为是由于通过显著增加聚集体内的局部 DNA 浓度，加速了这些极少量 DNA 双链的形成。此外，我们证明了通过用光照射金纳米粒子并利用产生的光的热量（光热效应）来松散双链键并增加键断裂的概率，来自聚集体的荧光信号表现出极高的碱基序列特异性，从而能够清楚地检测和识别24个碱基长的目标DNA中仅含有单个碱基的突变，包括位置依赖性（图3）。仅使用聚苯乙烯（Probe2）的情况，在所用激光的波长（1064nm）下几乎没有光热效应，因为与探针是同一类型，所以称为“同源探针”，否则称为异源探针。
通过激光照射从一滴样本中浓缩1,000万亿个目标核酸分子......
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