核酸适配体-碳纳米材料功能组装体的制备及其在生物检测领域的应用

利用表面修饰的方法，对无机碳纳米材料进行表面改性，通过探讨不同表面修饰分子以及不同修饰途径对碳纳米材料的表面性质修改程度，来优化碳纳米材料的水溶性和稳定性。同时在保证碳纳米材料本身性质与核酸适配体活性不受影响的情况下，调节控制碳纳米材料表面组装的核酸适配体的量。此外，通过设计合适的碳纳米材料表面修饰分子，控制组装的方式，探讨引入更多的功能分子进一步提升碳纳米材料组装体的功能性。此外还将通过把核酸适配体有效的固定在固体基底表面上，并调节其在固体表面的组装状态，探讨核酸适配体的空间构象对其与靶蛋白结合能力的影响。同时通过组合配对，形成类ELISA的三明治式夹心法检测体系，利用组装了核酸适配体的碳纳米材料的光学、电学或磁学特性来对疾病抗原分子等模拟体系进行高效，高灵敏度的检测。而且还将对临床癌症（肝癌、食管癌等）样品进行检测，探讨此新型功能组装体系在生物临床医学上的应用。

以碳纳米材料为研究对象，申请人开展了对其可控制备、组装与应用的研究，主要取得以下成果：1)研制了空心石墨纳米囊材料，利用其做为电极修饰材料，我们构建了基于空心石墨纳米囊的电化学传感器，并用于过氧化氢、葡萄糖等样品的检测。该传感器制备方法简单，并显示了灵敏度高、响应速度快、重现性和稳定性好等优点。2)还研制了磁性石墨纳米囊材料，并对其进行表面改性，提高了其水溶性、稳定性和生物相容性，并且有效的提高了抗非特异性干扰的能力。改性后的磁性石墨纳米囊被用来进行细胞的染色、操控、富集以及检测。除此之外，磁性石墨纳米囊还被制成点阵微芯片用来富集和检测全血样品中的微量癌细胞。从数百个到只有两个混到1毫升全血溶液中的癌细胞都可以高效的被检测出来，具有广泛的生物医学理论意义和临床实用价值。此外，我们还通过设计多功能、程序可控的DNA捕获、富集与检测策略，开发了基于磁性石墨纳米囊的生物分子检测平台。平台对DNA分子的检测限达到了50pM以下，对比常规基于石墨烯或者碳纳米管等碳材料的荧光生物检测提高了3个数量级，显示了很高的检测灵敏度。我们这种检测方法，简单，便宜而且不需要生物酶的参与就能得到非常高的检测能力，为生物医学特别是分子医学的诊断提供非常好的工具。我们还设计了一种基于磁性石墨纳米囊为模板的丁二炔可控组装与聚合的多功能自组装体系（MGN@PDA），并开展了pH传感和性能研究。我们开发了基于磁共振T2弛豫时间的pH传感器，相比于基于PDA荧光的pH传感器，可以更灵敏有效地监测pH值的变化，具有较好应用前景和科研价值。3) 利用化学气相沉积法研制了新型石墨烯包裹的金纳米颗粒,薄层石墨包裹在金纳米颗粒外，既可以保证颗粒的稳定性不被污染，又可以防止被检测物的光致碳化，同时石墨碳材特异和稳定的拉曼信号也可被利用来对细胞进行了染色与拉曼成像研究，此外利用核酸适配体对其进行修饰，我们还实现了对特定肿瘤细胞的靶向成像分析，拓展了其在生物医学领域的应用。开发了新型银铜石墨纳米囊PERS颗粒，有效的保护银在不同环境中优异的等离激元性能。并结合在细胞的静默区有拉曼活性的炔基化合物，有效降低了细胞成像的背景，提高了其在生物医学领域应用中灵敏度和稳定性，进一步通过结合肿瘤靶向的核酸适配体，还实现了对肿瘤细胞和组织的靶向拉曼成像，对于癌症诊断具有重要的意义。