基于适配体的对石房蛤毒素检测的生物传感方法的研究

The indeterminacy of the interaction mechanisms between saxitoxin (STX) and its aptamer, and the long sequence of the aptamer, are the main factors that constrain the development of aptamer based biosensor for STX detection. In this proposal, the interaction between STX and aptamer would be studied. Through the investigation of their binding thermodynamics and conformational switch, the binding sites, Gibbs free energy, binding affinity and interaction mechanisms, which are crucial factors in biosensor design, would be obtained. Split aptamer sequence would be used to fabricate the biosensing system. The assembly of the split aptamer with different split manners would be investigated in order to obtain the optimal split sites. The fluorescent approach for STX detection would be developed through the STX induced strand displacement reaction (SDR) and the assembly of the split aptamer. The amplification approach for STX detection would also be developed by the design of the catalytic cycle with the assistance of the single-stranded sequence catalyst generated by STX induced SDR. This study not only clears the interaction mechanisms between STX and aptamer, develops the aptamer based biosensing approach for STX detection, but also provides a new approach for long aptamer based biosensor.

石房蛤毒素（saxitoxin，STX）与其适配体相互作用机制尚需明确，适配体链序列较长，是制约基于适配体的生物传感方法进行STX检测的主要因素。本项目拟从STX与适配体的相互作用入手，通过研究STX-适配体结合的热力学和构象转变，探讨STX与其适配体作用位点数，结合反应的Gibbs自由能和熵变，推导结合强度及相互作用机制；采用剪开的适配体进行生物传感方法的构建，研究不同方式剪开的适配体在STX存在下的重新组装，探索最佳剪开方式；通过短链的重组装设计STX诱导的链替换反应，借助上转换纳米材料和金纳米棒构建对STX的荧光检测方法；设计基于链替换反应的催化循环，借助STX诱导的链替换反应产生的单链为催化剂，构建对STX检测的信号放大方法。因此，该研究工作既能明确STX与适配体相互作用的机制，发展基于适配体的STX检测的生物传感方法，又能为长链适配体的生物传感方法的构建提供一条新的思路。

石房蛤毒素（saxitoxin，STX）在赤潮高发期广泛存在于海产品中，是人类生命健康的一大威胁。但目前针对STX检测的简易而准确的方法却是缺乏的。本项目利用适配体构建了可以有效检测STX的生物传感方法。首先，通过圆二色光谱、荧光标记DNA、结晶紫染料及DNA熔解曲线等研究了STX与其新适配体（M-30f）的相互作用机制，明确了STX与M-30f结合的构象转变，结合方式及构象的热力学稳定性等。结果表明，M-30f的构象是由含K+的缓冲液决定的，该构象包含双链和G四链体结构，能提供一个合适的“口袋”用于STX的嵌入，而STX的嵌入却会降低M-30f构象的热力学稳定性。基于上述发现，分别构建了基于适配体的荧光生物传感方法和表面增强拉曼生物传感方法。两种方法均具有操作简单，灵敏度和选择性高的特点，有望广泛应用于日常生活中。.在基于纳米材料的生物传感方法方面进行了研究。一是利用层析纸对纳米粒子聚集进行抑制，该方法可以提高基于检测物诱导纳米粒子聚集的传感方法的信号稳定性，因此降低检测限提高灵敏度。这一方法被应用在了赭曲霉毒素A的检测。二是合成了一种高效的电化学生物传感基底材料，该基底为修饰有Mn3O4纳米颗粒的氧化镍纳米阵列（MN NFAs），并利用该基地构建了对葡萄糖的生物传感方法，其对葡萄糖检测灵敏度为226.3 μAmM-1 cm-2，比其他所报道的基于金属氧化物的传感体系都高。.进一步将对有害物质的检测深入为治理。合成了嵌有上转换纳米材料UCNP和CdS纳米颗粒的TiO2复合纳米管。该UCNPs/SiO2/CdS/TiO2复合纳米管对罗丹明B（RhB）的降解具有增强的光催化性能，可以利用红外光降解RhB。另外研究了内嵌半导体和UCNP的蛋黄蛋壳结构纳米材料对Cr（VI）的光催化还原，该UCNPs@Zn0.5Cd0.5S蛋黄壳结构纳米材料对Cr（VI）具有优异的光催化降解活性。