核酸适体功能化磁纳米用于海水中典型环境激素快速电位检测新方法

This project will focus on developing a new potentiometric sensing strategy for endocrine disruptors in seawater based on aptamer -functionalized ferromagnetic nanoparticles. An aptamer containing endocrine disruptor binding sequence in the middle, cytosine bases at the lateral portions will be screened and rationally designed. Aptamer-functionalized magnetic nanoparticles are used as sorbents for the enrichment of endocrine disruptors and also to eliminate the matrix interferences arising from the saline sample medium. Silver ions not only specifically interact with the cytosine-cytosine mismatch in the aptmer but also serve as a signal reporter，which could be detected by polymeric membrane silver ion-sensitive electrodes with excellent selectivity and high sensitivity. The interaction characteristics of aptamer with target, the adsorption capacity of the ferroferric oxide nanaparticles, silver ions or targets-mediated conformational switch of aptamer and the response characteristics of the electrode will be investigated in detail. By integrating flow injection system with separation techniques based on magnetic nanoparticles and potentiometric detection using polymeric membrane ion-selective electrodes, a new kind of online detection system for endocrine disruptors in seawater will be designed. It is anticipated that this research will provide the analytical community with a new kind of chemical sensors that can be used for sensitive and selective monitoring endocrine disruptors in seawater.

本项目将系统研究基于核酸适体功能化磁纳米的电位型传感器检测海水中环境激素，深入探讨以核酸适体作为新型识别分子实现对不同环境激素高选择性识别，利用四氧化三铁磁性纳米实现海水中环境激素的快速分离、富集，采用银离子作为指示离子实现电位信号高灵敏传导的检测机制。通过筛选、设计、合成含有错配胞嘧啶和识别靶环境激素碱基序列的新型核酸适体，构建核酸适体功能化磁性纳米，实现对靶环境激素的特异性识别和海水基体效应消除；利用靶环境激素调控核酸适体构象变化以及指示银离子浓度，实现靶环境激素电位信号转换；通过优化离子选择性电极膜的组分和指示离子浓度，实现高灵敏电位信号传导；进一步集成流动注射技术、磁性纳米分离技术、离子选择性电极电位检测技术，开发出一类检测海水环境激素的新型传感器。在提高对海水环境激素特异性识别、分离富集和快速、灵敏检测等方面具有重要的理论和方法创新，为满足国家在水环境监测领域的需求做出贡献。

随着人们对海洋环境激素污染问题的深入认识，快速、准确、高灵敏、高选择性检测海水中环境激素污染物的化学、生物传感器新技术日益受到重视。. 本项目以核酸适体作为新型识别分子实现对不同环境激素高选择性识别，利用核酸适体功能化磁珠实现海水中环境激素的快速分离、富集，采用银离子作为指示离子实现电位信号高灵敏传导。据此，发展了核酸适体功能化磁珠用于海水中典型环境激素污染物快速电位检测新方法。项目筛选、设计、合成了含有错配胞嘧啶和识别靶环境激素碱基序列的新型核酸适体，考察了银离子与核酸适体中错配胞嘧啶的相互作用，模拟了核酸适体与环境激素的相互作用；制备了核酸适体嵌入的DNA纳米结构功能化磁珠，测试了功能化磁珠的分离、富集及识别特性；构建了指示离子的聚合物敏感膜选择性电极，优化了指示离子浓度，探讨了基于靶环境激素调控核酸适体构象变化和指示离子浓度的电位传感原理，发展了基于银离子、聚阳离子鱼精蛋白等为指示的免标记核酸适体电位分析方法。采用DNA自组装技术，提高了检测方法的灵敏度，实现了典型环境激素双酚A的高灵敏、高选择性电位检测。进一步集成流动注射技术，发展了连续、快速检测的核酸适体电位分析技术平台。. 采用基于离子指示的免标记核酸适体电位型生物传感方法，实现了对环境激素双酚A的快速、高灵敏、高选择性检测，检测的线性范围为0.1-100 nM，检出限为80 pM。DNA纳米结构功能化磁珠的引入实现了海水中环境激素的快速分离、富集，进一步提高了检测的灵敏度。. 该方法具有一定的通用性，通过改变核酸适体的序列，能够实现其它环境激素的快速、高灵敏、高选择性检测，为海水等复杂环境基质中环境激素的快速电化学检测提供了新的思路。. 共发表SCI期刊论文11篇，中文核心论文2篇，其中美国分析化学2篇，影响因子大于5的论文5篇。申请发明专利5项，联合培养硕士生1名。项目负责人参加国内外学术会议8次，并作口头报告5次。以本项目部分研究成果为基础，研究团队获得2014年度山东省“自然科学二等奖”（项目负责人排名第二）。