mRNA detection using constrained DNA hybridization chain reaction on nanoparticles
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-06-15
Department
Major/Subject
Biosystems and Biomaterials Engineering
Mcode
CHEM3028
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
48+6
Series
Abstract
Hybridization chain reaction (HCR) is a powerful tool for the detection of RNA with excellent sensitivity. However, the speed and sensitivity of HCR is usually limited due to its reliance on diffusion kinetics. Constraining the chain reaction in close space allows faster detection speeds and higher sensitivity than non-constrained ones because no diffusion process is needed. The aim of this thesis is to improve the RNA detection speed and sensitivity using HCR. To achieve this, two DNA HCR hairpin monomers were used. After confirming the successful HCR in solution, the HCR monomers were constrained on nanoparticles. The attachment of the DNA hairpins on the surface of the nanoparticles were studied via UV/Vis spectroscopy and verified with transmission electron microscopy. The HCR on top of nanoparticles was studied by measuring time-dependent fluorescence intensity. Successful HCR in solution was verified with polyacrylamide gel electrophoresis and fluorescence measurement and successful attachment of hairpin DNA on top of both gold and silicon nanoparticles was demonstrated. However, the DNA hairpins were partially opened after attachment, which induced the HCR in the absence of the initiator strand. This was verified with polyacrylamide gel electrophoresis. Nevertheless, HCR was proven to be feasible on nanoparticles’ surface and the design needs to be optimized before the method is viable for RNA detection in vivo.Hybridisaatioketjureaktio on tehokas tapa detektoida RNA:ta erinomaisella herkkyydellä. Sen detektionopeus ja -herkkyys on kuitenkin yleensä rajallinen, koska se on riippuvainen diffuusiosta. Ketjureaktion rajoittaminen pieneen tilaan johtaa nopeampiin detektioaikoihin ja tarkempaan herkkyyteen kuin rajoittamattomissa ketjureaktioissa, koska diffuusioilmiötä ei tarvita. Tämän diplomityön tavoite on parantaa hybridisaatioketjureaktion detektionopeutta ja -herkkyyttä. Tavoitteena on yksinkertaistaa synteesiprosessia ja samalla voimistaa fluoresenssisignaalia. Tämän toteuttamiseksi käytettiin kahta DNA hiuspinnimonomeeria. Kun onnistunut hybridisaatioketjureaktio oli todennettu liuoksessa, DNA monomeerit kiinnitettiin nanopartikkeleihin. Hiuspinni-DNA:n kiinnittymistä tutkittiin ultraviolettivalon ja näkyvän valon spektroskopialla ja kiinnitys varmistettiin läpäisyelektronimikroskopialla. Hybridisaatioketjureaktiota nanopartikkelien pinnalla tutkittiin mittaamalla fluoresenssin intensiteetin muutosta. Onnistunut hybridisaatioketjureaktio liuoksessa varmennettiin polyakryyliamidi geelielektroforeesin ja fluoresenssimittauksen avulla. Myös DNA:n onnistunut kiinnittyminen sekä pii- että kultananopartikkelien pinnalle todennettiin. DNA hiuspinnit olivat kuitenkin osittain auenneet kiinnittymisen jälkeen, mikä aiheutti ketjureaktion alkamisen ilman initiaatiotekijää. Aukeaminen varmennettiin polyakryyliamidi geelielektroforeesilla. Tästä huolimatta hybridisaatioketjureaktion todistettiin olevan mahdollinen nanopartikkelien pinnalla. Jotta menetelmästä tulisi käyttökelpoinen RNA:n detektointiin elävissä organismeissa, on menetelmää vielä optimoitava.Description
Supervisor
Kostiainen, MauriThesis advisor
Liu, QingKeywords
hybridization chain reaction, RNA detection, nanoparticles, spherical nucleic acids