高效免标记功能核酸传感器研究

In recent years functional nucleic acid has become one of the most important element in the development of biological and chemical sensors. Due to the requirements from signaling methods and sensitivity, usually tideious labeling steps are included, which increase the difficulties in the application of related technique. Here, it is proposed that some special aspects of functional nucleic acids, as the catalysis from DNAzyme and function as the template for noble metal nanoclusters, will be applied in the sensing steps and signals can be directly obtained without further labelings. Furtherly nuclease-based amplication is to be included in the sensing that muclease cleavages the strands after recognition and recycles the targets. Simple and efficinet chemiluminescence, colorimentry and fluorescence detections will be developed with the proposed mehtod. This reseach will ease the sensings with functional nucleic acids and accelertate the application of relared techniques.

在近些年的分析科学研究中，功能核酸已经成为构建生物及化学传感器的一种重要元件。相应的功能核酸传感器由于信号报导方式及灵敏度的需要，往往需要引入复杂的标记步骤，增加了相应技术的应用难度。这里提出利用核酸本身具有的特性，结合脱氧核酶具有的催化功能及核酸作为荧光纳米簇生成模板的性质，在不添加标记的情况下即可获得传感信号，从而建立无标记的功能核酸传感体系。另外在识别过程中引入基于核酸酶切的信号放大机制，通过核酸酶对底物序列的水解作用释放目标物，使得目标物在该检测流程中反复作用，产生多重的信号报导，从而获得高放大倍数的信号增敏。基于以上方法并结合化学发光、比色、荧光等手段，实现简便快速的检测。该研究将有助于简化功能核酸传感技术，并扩展其应用范围，推进其的进一步分析应用。

在本项目中，针对传统分析体系中需要引入额外标记，且信号较弱的问题展开研究，建立免标记的传感体系，并引入高效的信号放大机制，以获得灵敏的检测。. 我们基于蛋白质、核酸等生物材料合成了多种具有强荧光发射的贵金属纳米簇。通过纳米簇与目标物质的特异性相互作用，在无需添加标记的情况下，建立了多种传感体系。我们对传感过程中的信号放大机制进行研究。基于金元素本身的特性，首次引入基于碘离子的放大环节，在无额外干扰的情况下，实现了响应信号的增敏，从而获得了更低的检测限，扩宽了方法的应用范围，并建立了灵敏的检测过氧化氢、碘酸盐、硫离子等物质的方法。同时，将对过氧化氢的检测与酶对底物的特异性催化相结合，实现了对底物葡萄糖、尿酸的高灵敏度检测，检测限降低一个数量级以上，并将所建立的方法成功用于血液样品的分析。进一步的，我们将碘单质对金纳米簇的刻蚀与经典分析方法中的间接碘量法相结合，建立了一种非滴定间接碘量荧光分析方法；经验证，该方法与经典碘量法所获数据一致性较好，且避免了传统滴定方法的繁琐操作，定量信号更为直观，有着较广泛的应用前景。. 另一方面，由于碘单质自身的弱氧化性及其对金纳米簇荧光的高效猝灭，使得一系列还原性物质可以通过相应的氧化还原反应来抑制该猝灭效应，从而获得灵敏的基于开启模式的响应信号，我们以抗坏血酸为例，证明该方法的适用性。另外，发现某些特殊的蛋白质能够起到类似酶的作用，提升典型猝灭剂过氧化氢对纳米簇的荧光猝灭效能，通过该机制，实现了对血液中血红蛋白的检测。. 通过该项目，对不需引入额外标记的检测过程中的信号放大作用进行了研究，并建立了一系列高灵敏的检测体系及新方法，具有较好的实际应用价值。