基于氧化还原蛋白质的直接电化学和滚环扩增技术建立高灵敏的生物传感新方法

This project intends to synthesize metal nanoparticles-modified redox protein spheres, expecting to obtain new redox-active and electrocatalytic materials as labels to prepare the bifunctional detection probes. Coupling with rolling circle amplification technique, the prepared probes are employed to develop electrochemical biosensor. Abundant metal nanoparticles-modified redox-active protein spheres could be captured on electrode by the hybridization between the long single strand DNA product and many detection probes; Then the strong response signals are obtained from direct electrochemistry of redox proteins, leading to the high sensitivity; Moreover, the corporate electrocatalysis of metal nanoparticles and redox proteins toward hydrogen peroxide could obviously amplify the electrochemical signal and further enhance the sensitivity; In addition, the redox protein labels integrate the signal supply and signal amplification. This could avoid the use of extra electroactive species and enzyme labels, and simplify the analytical system. Therefore, a new simple and signal triplex-amplified biosensing method is proposed for highly sensitive and specific determination of nucleic acid and other biomolecules. This strategy provides an important practical significance and potential application value for early diagnosis and detection of clinical disease.

本项目拟开发一系列金属纳米粒子修饰的氧化还原蛋白质球，以期获得兼具良好氧化还原活性和电催化性能的新材料，并将其用作标记物来构筑双功能检测探针。将此探针与具有高效扩增能力的滚环放大技术相结合，构建电化学生物传感器，可通过扩增反应产生的长链产物杂交多个检测探针，而将大量金属纳米粒子修饰的氧化还原蛋白质球捕获至电极上，从而产生强的蛋白质直接电化学信号，提高检测的灵敏度；此外，金属纳米粒子和氧化还原蛋白质对底物过氧化氢的共同电催化作用可显著放大电化学信号，进一步增强灵敏度；再者，该探针中具有电活性中心的氧化还原蛋白质标记物集信号供给与放大作用于一身，可避免使用额外电活性物质和酶标记物，从而简化分析系统。因此一种简单、三重信号放大的生物传感新方法被建立，能有效地实现对核酸等生物分子的高灵敏、高选择性分析检测。这对临床疾病的早期诊断和检测具有重要的实际意义和潜在的应用价值。

建立简便、快速、高灵敏和高选择性的疾病标志物检测方法，在疾病筛查和临床诊断领域具有十分重要的意义。电化学生物传感器因其简便、成本低、易于小型化和自动化等特点，引起了人们很大的研究兴趣。如何进一步提升传感器的灵敏度，实现痕量以及超痕量疾病标志物的检测，是当前电化学生物传感器的研究热点。本项目针对多种疾病相关的标志物，设计了专一选择性识别策略，并与多种纳米材料相结合，引入多重信号放大技术（酶、核酸扩增技术、分子机器等），构建了一系列高灵敏的电化学生物传感器，系统优化了传感器的检测性能，并考察了其选择性、稳定性和重现性及测量实际样品的可行性。本项目主要取得了如下重要进展：（1）合成了新型的多孔钯纳米粒子(PdNPs) 修饰的辣根过氧化酶(HRP)球状物，与目标物诱导的DNAzyme组装策略相结合构建了一种电化学DNA传感器，实现了miRNA的高灵敏检测。（2）以多肽修饰的DNAzyme为高活性电催化剂，与多种纳米材料（PdNPs, PtNPs, rGO, MoSe2, AuNPs等）相结合，构建了一系列电化学适体传感器，成功实现了凝血酶、癌胚抗原(CEA)和前列腺特异性抗原(PSA)的高灵敏测定。（3）结合四面体DNA探针和信号放大策略，构建了三个坚固且高度有序的三维电化学DNA传感器，并成功实现了CEA、腺苷、乙型肝炎（HBV）和人类获得性免疫缺陷综合症（HIV）标志物的高灵敏检测。本项目既大大提高了电化学分析方法的灵敏度，也为电化学生物传感在生物医学领域的实际应用奠定了一定基础。