基于G-四链体-氯化血红素 DNA酶的高灵敏度的传感器设计

G-四链体-氯化血红素（Hemin）DNA酶是由特定的核酸G-四链体与Hemin结合后形成的具有过氧化物酶活性的配合物。鉴于其在传感器设计中所表现出来的独特优势，国际上有关这类DNA酶的研究近几年来获得了飞速的发展。在该类DNA酶的基础上，设计了一系列的化学及生物传感器。但就这些传感器而言，绝大多数都忽略了DNA的强大复制功能。若能在传感器的设计过程中充分地利用到DNA的自身复制能力，则有望进一步提高检测的灵敏度。本项目则立足于高灵敏度的G-四链体-Hemin DNA酶类传感器的设计研究。通过在传感器的设计过程中合理地引入DNA的复制步骤，实现催化G-四链体的大批量富集；通过筛选合适的催化反应底物，在检测过程中引入灵敏度相对较高的荧光检测手段；通过将催化G-四链体的富集作用与高灵敏度的荧光检测相结合，针对于具体的检测对象，实现高灵敏度的化学及生物传感器的设计及应用研究。

G-四链体-氯化血红素（Hemin）DNA酶是由特定的核酸G-四链体与Hemin结合后形成的具有过氧化物酶活性的人工酶。鉴于其在传感器设计中所表现出来的独特优势，国际上有关这类DNA酶的研究近几年来获得了飞速的发展。在该类DNA酶的基础上，设计了一系列的化学及生物传感器。但就这些传感器而言，绝大多数使用的是灵敏度相对较低的比色检测手段，且忽略了DNA的强大复制功能。若能为该类传感器寻找到合适的荧光底物，并在设计过程中充分地利用到DNA的自身复制能力，则有望进一步提高传感器的检测灵敏度。基于此，我们开展了高灵敏度的传感器的设计及应用研究工作，并取得了一定的成果。包括：为G-四链体DNA酶类传感器筛选到了合适的荧光底物，从为进一步提高G-四链体DNA酶类传感器的检测灵敏度提供了一个有效的途径；将滚环扩增技术成功地引入到了传感器的设计当中，在此基础上设计了高灵敏度的G-四链体DNA酶类传感器，实现了T4 DNA连接酶及T4激酶的高灵敏度、高特异性定量检测，并建立了一种滚环扩增的实时监测新方法，有望极大地推动该DNA扩增技术在传感器设计当中的应用；对Cu2+特异性DNA裂解酶及Pb2+特异性RNA裂解酶进行了重构，使其更适用于传感器的设计。将重构的裂解酶与G-四链体DNA酶联用，利用两种酶的协同放大作用，进行了高灵敏度的传感器的设计，实现了Cu2+、Pb2+及Hg2+的高灵敏度、高特异性定量检测；利用G-四链体DNA酶，建立了一种简便的抗氧化剂筛选方法及一种简便的端粒酶活性检测方法；设计合成得到了两种高特异性的多倍体G-四链体光学探针，并揭示了相应的构效关系，从而为新型G-四链体配体类抗癌药物的进一步设计提供了依据、并有望应用于探测基因组内多倍体G-四链体结构的形成；利用氧化石墨烯、石墨烯量子点及α-Fe2O3等新兴的纳米材料，实现了多种高灵敏度的传感器的设计，为促进这些纳米材料在分析化学中的应用起到了推动作用。基于上述研究工作，发表标注基金号的SCI收录论文20篇，其中影响因子大于5.0的11篇。申请专利2项，其中授权1项。研究成果受到了国内外同行的广泛关注，并得到了同行们的高度评价。