距离调控分子内能量转移钌配合物电致化学发光超灵敏肺癌标志物 microRNA生物传感器的研究

The luminous efficiency of electrochemiluminescent (ECL) emitters limit the sensitivity and stability of ECL sensor. On account of that, this project intends to synthesize novel ruthenium complex emitters containing both donor and acceptor in the same molecule, which possesses high luminous efficiency and significant stability via intramolecular electrochemiluminescence resonance energy transfer (ECL-RET). By regulating the distance between the donor and acceptor, the proposed ruthenium complexes with high luminous efficiency and better stability are served as the emitters and are applied to construct ultrasensitive biosensors for the detection of lung cancer biomarker microRNA with the assistance of nucleic acid-related amplification strategy. Furthermore, a novel anticarcinogen screen and evaluation on the basis of microRNA determination was presented by analyzing the variation of microRNA content in lung cancer cells after being stimulated with different anticancer drugs. In conclusion, this project focuses on the design, synthesis and luminous mechanism of ruthenium complex emitters, in which the distance between the donor and acceptor is tunable, and highlights the construction and working mechanism of ultrasensitive microRNA sensor. A novel clinical analytical method with high sensitivity and extensive application constructed in this project was expected to improve the efficiency of pharmacodynamics evaluation and disease diagnosis.

发光物质的发光效率是制约电致化学发光传感器的灵敏度及稳定性的关键因素。鉴于此，本项目拟设计合成一系列同一分子内既含有能量转移供体又含有能量转移受体且其作用距离可调控的新型分子内能量转移钌配合物；通过调控能量供受体对之间的作用距离，筛选出发光效率高、稳定性好的钌配合物作为发光试剂，结合多种核酸放大技术，构建灵敏度高、稳定性好的microRNA生物传感器，用于肺癌标志物microRNA痕量检测。通过对肺癌细胞进行适当的药物刺激，动态监测刺激前后与肺癌细胞凋亡关联的microRNA表达水平的变化，构建以microRNA检测为基础的新型药物筛选及评价模型。本项目拟重点研究同一分子内能量供受体对作用距离可调控的钌配合物的设计、合成及其电致化学发光增强作用机制，超灵敏microRNA传感器的构建及响应机理等关键问题，旨在构建一种灵敏度高、应用性广的临床分析新方法，提高药效评价及疾病诊断效率。

本项目的背景：.肺癌的患病率及患者的死亡率日趋增加，早期发现并及时治疗可有效提高肺癌的治疗效果。研究表明microRNA在肺癌致病机理及发生发展中起着关键作用。因此，构建具有灵敏度高、选择性好及操作简便的microRNA检测方法对于肺癌的早期筛查、临床诊断及治疗具有重要的意义。.本项目的主要研究内容、重要结果及科学意义：. 一、合成、制备和表征了一系列同一分子内含有能量转移供体及能量转移受体且其作用距离可调控的新型分子内能量转移钌配合物，包括ABEI-钌配合物及双金属核钌-铱配合物。通过调控能量供受体对之间的作用距离，筛选出发光效率高、稳定性好的分子内能量转移钌配合物作为发光试剂。. 二、将这种新型分子内能量转移钌配合物固载于电极表面或者嵌入DNA纳米结构双链的方式实现其大量固载，获得高效、稳定的ECL信号。结合目标物循环放大策略、目标物诱导的三维DNA分子步行器以及滚环放大诱导的自组装DNA纳米结构，构建基于不同信号输出模式的超灵敏ECL生物传感器，实现肺癌标志物microRNA-155, microRNA-205及microRNA-34的痕量检测，并构建以microRNA检测为基础的新型药物筛选及评价模型。. 三、通过新型分子内能量转移钌配合物纳米材料合成制备、超灵敏microRNA的电致化学发光传感器的构建及其响应机制，已完成本项目研究内容和目的，并取得良好的研究成果。已在国际重要的学术期刊发表了影响因子大于6.0论文26篇，其中包括J. Am. Chem. Soc. 1篇、Adv. Sci. 1篇、Chem. Sci. 4篇、Anal. Chem. 17篇、Biosens. Bioelectron. 2篇、Chem. Commun. 1篇。发表的这些论文被引用591次，单篇高达引用127次。培养了4名博士研究生及8名硕士研究生。