基于Pd标记自催化放大及GMR效应的新型生物分子检测技术的探索

生物分析和生物信息采集对疾病的预防、诊断和治疗有着重要的理论意义与应用价值。在各种检测技术中，基于GMR（巨磁阻）效应的检测技术因其灵敏度高、易小型化、制备成本低、自然干扰小及易加工成生物识别器件的探头等优点，成为大家关注的焦点。而作为该技术的一个重要组成部分，传统的目标分子标记物磁性微球使用时易存在覆盖度低、相互干扰等缺点，严重阻碍了该技术的实用化进程。为此，我们提出基于Pd标记自催化放大及GMR效应的新型检测技术的探索研究。用粒径在几个纳米的Pd颗粒取代现有的磁性微球来标记目标分子，再借助Pd颗粒的催化作用，迅速在其周围沉积上Ni（或Co、NiCo合金）层来实现目标分子的磁标记过程，然后利用GMR磁敏元件读取信号。从基础科学发展的角度看，如果该项目得以实施，将不仅增加目标生物分子标记的新途径，更是极大的推动基于GMR效应的生物检测器的实用化进程。

依据课题“基于Pd标记自催化放大及GMR效应的新型检测技术的探索研究”的预定目标，在过去的三年中，基本完成项目设定的各项任务，取得如下成果：（1）在纳米Pd颗粒制备方面，先后重点研究了不同类型的Pd纳米催化剂制备。其中，首次合成了具有Janus结构的Au/Pd复合纳米颗粒，创新性的提出制备大小在100-200nm的碳球负载Pd催化剂的新方法，通过合成路线改进，原位制备了MUDA（十一巯基十一酸）修饰的Pd纳米颗粒，为后面的DNA的连接提供了便利；（2）在纳米Pd颗粒的表面修饰及DNA分子的连接方面，探讨了不同连接方法对DNA连接的影响，其中包括与HS-DNA分子直接交换、HS-PEG-COOH等手段，最终发现利用MUDA-Pd颗粒来化学偶联DNA的路线是最为成功，这为未来Pd颗粒在生物分子标记方面的应用奠定基础；（3）对Ni(或Co、NiCo合金)等磁性材料的化学镀条件进行优化，找到最佳反应条件；（4）以DNA微阵列为模型试验，通过平均粒径为10nm的Pd颗粒取代现有的磁性微球来标记目标DNA分子，再借助Pd颗粒的催化作用，迅速在其周围沉积上Co层来实现目标分子的磁标记过程，然后利用GMR磁敏元件读取信号。结果显示该路线可以高效地区别出不同碱基错配的DNA序列，其信号比达到100:40:28:14(完全互补、错配一个、错配两个、完全错配)，优于传统地荧光检测法，证实了上述路线的可行性。同时，也发现用Co化学镀沉积来进行磁标记过程中，易发生Co、Ni因氧化反应而丢磁现象以及该过程重复性差等缺点。.此外，在如下方面超过了预定目标：本课题除研究了纳米Pd对Co、Ni等化学镀过程的催化沉积外，还详细地研究了Pd标记对Luminol-H2O2化学发光体系的催化放大、H2O2分解的电催化放大、基于Pd的“非酶”荧光信号放大技术的构建与原理探索。同时，还以传统的磁性纳米颗粒标记为出发点，探讨了磁性纳米颗粒的制备及其在生物检测、催化剂载体等方面的应用，拓宽了本课题的研究范围。.在本课题的完成过程中，共计申请国家发明专利四项，发表标注基金号文章共11篇，其中SCI文章9篇，参加国际会议3次，培养硕士生4名，其中毕业1名。