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DNA纳米探针的制备及检测活细胞内肿瘤相关mRNA虚拟仿真实验于2018年获批国家级化学类虚拟仿真项目

一、项目简介

实验课是培养学生能力的最根本途径之一，将最新的科研成果转化为教学内容对大学生学术创新思维和科研能力的培养尤为重要。但是，最新研究成果往外伴随着众多实验步骤和昂贵的仪器设备，时间成本和经济成本都是本科教学难以承受的，而且无法做到配备多套仪器，无法惠及全体本科生。

针对上述问题，本虚拟仿真实验以解决人类健康问题的最新研究成果“DNA纳米探针的制备及检测活细胞内肿瘤相关mRNA”（ACS Nano 2017, 11, 4060−4066）为实验基础，通过三维虚拟仿真方式，基于U3D三维虚拟现实技术平台，通过模块和程序让学生实现仪器操作学习、实验现象观察、实验结果分析等逼真的实验过程，用网络化的人机互动方式，让学生能够在电脑屏幕上一步一步地体验研究过程，有助于提升本科生的实验水平，培养他们的创新思维和科研素养；让更多未接触过完整科研培训的大学生在虚拟仿真环境中得到基本科研思维能力的培训。

该虚拟仿真实验系统涉及PCR仪、紫外分光光度计、荧光光谱仪、原子力显微镜、凝胶电泳仪、凝胶成像仪、细胞培养箱、激光共聚焦显微镜等中高端仪器。学生操作真实实验设备的机会较少，大型精密仪器损坏的危险性较高。将这些实验设备改为程序控制的软件系统，在计算机上开展虚拟仿真教学，安全系数将大大提高，学生能操作的内容也大大增多，并能直观地看到各个条件下的运行状态。

本实验的具体实验目的有：

（1）掌握DNA纳米探针的设计和制备方法；

（2）熟悉原子力显微镜、凝胶成像仪、荧光光谱仪、激光共聚焦显微镜等大型精密仪器的使用方法；

（3）学习科学研究的基本方法和思路。

琼脂糖电泳                                                                                                            共聚焦显微镜成像

二、实验内容

通过紫外分光光度计确定合成DTNT纳米探针的原料DNA链的浓度、PCR仪合成DTNT纳米探针、原子力显微镜表征纳米探针的形貌、电泳进一步表征纳米探针的形成以及其与肿瘤相关mRNA结合前后的结构和性质变化、荧光光谱仪记录纳米探针与肿瘤相关mRNA在体外结合前后的荧光信号变化、共聚焦显微镜观察纳米探针在细胞内与不同浓度靶标物质结合后的荧光变化情况。通过计算机屏幕逼真再现DTNT纳米探针工作过程，在虚拟环境中实现各个实验环节的实训教学目的。

本实验包括7个训练环节：

环节一：DNA链的浓度测定

环节二：DTNT纳米探针的合成

环节三：DTNT纳米探针的结构表征

环节四：非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳

环节五：DTNT纳米探针的荧光响应

环节六：琼脂糖电泳

环节七：细胞的培养和共聚焦显微镜成像