基于核酸等温放大及纳米技术的超灵敏荧光偏振免疫传感器的构建及应用研究

With the requirement of new methods and techniques for early diagnosis of serious diseases, this project intends to develop novel ultrasensitive and specific fluorescence polarization (FP) immunosensors for detection of serious disease-associated protein markers using nanotechnology and isothermal nucleic acid amplification technique. The main content includes: (1) preparation of nanobioprobes with the trace property or the function of signal amplification, using nanomaterials such as quantum dots and silica nanoparticles; (2) development of efficient signal amplification methods using functional nucleic acids and nanobioprobes; (3) construction of FP immunosensors and study on their performance; (4) evaluation of the newly developed FP immunosensors for early diagnosis of serious diseases through the detection of protein markers in clinical serum samples. By combining the nanotechnique and isothermal nucleic acid amplification techniques, we expect that the performance of FP immunosensors such as sensitivity and detection range could be significantly improved, and they permit the rapid detection of low-abundance protein markers. Therefore, the developed methods will provide new analytical technology for protemics research and early diagnosis of serious diseases.

本项目从重大疾病分子诊断新方法与新技术的需求出发，拟利用纳米技术和核酸等温放大技术，研究和发展可用于与重大疾病相关的蛋白质标志物检测的高特异性、超灵敏荧光偏振免疫传感新方法。主要内容包括：(1)利用具有独特性能的量子点、二氧化硅纳米粒子等纳米材料，研制具有示踪性能或信号放大功能的纳米生物复合探针；(2)结合功能核酸和纳米生物复合探针，发展高效的信号放大方法；(3)荧光偏振免疫传感器的构建及性能研究；(4)通过对临床血清样本中蛋白质标志物的检测，评估新方法在重大疾病早期诊断的价值。希望通过结合纳米技术和核酸等温放大技术的优势，改善荧光偏振免疫传感器的灵敏度、检测范围等核心性能，实现低丰度蛋白质标志物的快速检测，为蛋白质组学研究及相关重大疾病的早期诊断提供技术支持。

本项目以生物分子识别为基础，以与重大疾病相关的生物标志物为靶标，利用氧化石墨烯、氧化锌@聚多巴胺纳米棒、聚多巴胺纳米纳米粒子、量子点、多价锰氧化物纳米粒子等纳米材料或蛋白质作为荧光偏振信号放大因子、荧光剂或荧光淬灭剂，构建了系列高性能纳米生物复合探针，并结合基于聚合酶的循环链置换反应、核酸外切酶介导循环切割反应、DNA循环自组装反应、DNAzyme介导的循环切割反应等核酸等温扩增技术，提出了多种信号传导与信号放大新机制，建立了系列高特异性、超灵敏的荧光偏振免疫传感、荧光生物传感新方法，用于癌胚抗原、甲胎蛋白、前列腺特异性抗原等肿瘤相关的蛋白质生物标志物以及蛋白水解酶、微小RNA等其它生物标志物检测，并实现正常人和肿瘤患者血清中蛋白质生物标志物的测定、细胞内蛋白水解酶和微小RNA的成像分析。与传统免疫分析方法相比，本项目所建立的荧光偏振免疫传感方法操作简单、快速，不需要分离、洗涤等复杂步骤。此外，本项目将核酸等温扩增技术与纳米材料的增敏效应的进行巧妙结合，有效改善了传感器的灵敏度(灵敏度可提高2~5个数量级)、检测范围（可宽至6个数量级）等核心性能，这为将超低含量生物分子的快速检测、蛋白质组学研究及相关重大疾病的早期诊断提供分析新技术。