多肽功能化抗污染疾病标志物传感器的研制及其在复杂生物样品中的检测应用

Accurate and fast detection of disease markers can provide important evidence for the diagnosis of related diseases, and therefore it plays an essential role in the early precaution and treatment of important diseases such as cancer. However, in real biological samples such as blood, many disease markers exist in very low concentration, and they are co-existed with a large quantity of other proteins, which can easily foul measuring devices through nonspecific adsorption, and make the direct detection of disease markers in real samples difficult with normal biosensors. In this proposed research project, we are committed to constructing peptides functionalized antifouling sensing interfaces, and developing highly sensitive biosensors for direct detection of disease markers in complex biological samples. As peptides can be easily synthesized and their components can be easily adjusted, and they can also be readily modified, specific peptides with certain amino acid sequences can be screened, so as to select peptides that are highly hydrophilic and neutral in overall charge. The obtained peptides can then be modified onto electrode surfaces and used for further immobilization of aptamers for the construction of biosensing interfaces with antifouling ability. Combining the high sensitivity of electroanalysis, the high selectivity of aptamer and the excellent antifouling properties of certain peptides, this research project is expected to be able to realize the direct and accurate detection of disease markers with low concentrations in complex biological samples, and at the same time, accelerate the practical application of biosensors and acquire innovative research results with certain specialty.

疾病标志物的准确快速检测，能够为相关疾病的诊断提供有力的依据，在重大疾病如癌症的早期预警和治疗方面具有重要的作用。但是在实际生物样品如血液中，大多数疾病标志物的浓度都很低，而且大量共存的其它蛋白质很容易通过非特异性吸附而污染检测器件，导致通常的生物传感器很难在实际样品中直接应用。本项目致力于构建多肽功能化的抗污染传感界面，发展高灵敏的疾病标志物传感器，用于直接测定复杂生物样品中的疾病标志物。利用多肽合成简便、组成可调且易于修饰的特性，合成特定的氨基酸序列，筛选具有高度亲水性且呈现电中性的多肽，然后修饰到电极表面并固定生物识别分子核酸适体，构建具有抗污染性能的生物传感界面。综合电化学分析的高灵敏性、核酸适体的高选择识别性，以及特定多肽的优异抗污染性能，有望实现在复杂的生物样品中直接而准确地检测出低浓度的疾病标志物，推进生物传感器的实用化，获得具有一定特色的创新性研究成果。

对血液等复杂样品中的疾病标志物进行准确快速的检测，能够为相关疾病的诊断提供有力的依据，在重大疾病的早期预警和治疗方面具有重要的作用。但是在复杂生物样品中，严重的非特异性吸附引起的生物污染，会极大影响生物传感器的响应而使其失效。本项目针对这个问题，致力于构建多肽功能化的抗污染传感界面，发展能够在实际样品如血液中高灵敏检测疾病标志物的抗污染生物传感器。利用多肽合成简便、结构可调且易于修饰的特性，我们设计、合成了系列不同的抗污染多肽，并将其修饰到电极表面构建具有抗污染性能的生物传感界面。主要开展了以下几个方面的研究：1）设计合成单纯具有抗污染性能的多肽，将多肽修饰到电极表面，同时固定生物识别分子，构建抗污染生物传感器；2）设计合成具有分支结构，强化抗污染性能的多肽，构建高效抗污染生物传感器；3）设计合成同时整合抗污染和生物分子识别能力的多功能多肽，直接构建抗污染生物传感器。研究工作发表SCI论文31篇，包括分析化学领域顶尖期刊Analytical Chemistry 7篇，ACS Sensors 2篇，Biosensors and Bioelectronics 6篇，ACS Applied Materials and Interfaces 3篇。此外，还就相关研究领域为世界顶级综述期刊Chemical Reviews，以及专业著名综述期刊TrAC-Trends in Analytical Chemistry分别撰写综述论文各1篇，在抗污染生物传感器研究领域产生了积极的影响。在此研究工作基础上，项目主持人获得国家自然科学基金面上项目1项，青岛市科技惠民示范专项重点项目1项。部分基于相关研究成果，获得山东省自然科学二等奖和中国分析测试协会科学技术奖一等奖各1项。本项目的研究，提出了设计新型抗污染多肽并整合其他功能的思路，发展构建抗污染生物传感器的新方法，研发了多种基于功能多肽的具有抗污染性能的电化学生物传感器，对于推进生物传感器在复杂生物体系中的实用化具有重要的理论意义和应用价值。