基于功能化碳材料的脑内神经活性物质电化学检测新方法的研究

In vivo analysis technology has the advantages of simple instruments, highly temporal and spatial resolution, identification of various target concentrations, and excellent maintenance of the integrity of the brain. Therefore, it has been recognized as a powerful method in brain neurochemical research. This project aims to provide a new strategy for the highly sensitive dynamic monitoring of endogenous active target in physiological and pathological events of the brain. The designed functionalized carbon nanomaterials, with the advantages of good electronic conductivity and variety modification, could be combined with the recognition systems - aptamer and immunoassay, to develop the novel detection systems, and realize the in situ, real-time and dynamic detection of new neural species in vivo. Taking advantages of the proposed detection methods, its feasibility by studying the performance of detection systems based on the functionalized carbon nanomaterials and aptamer with the model of thrombin can be proved, and an excellent selective, highly sensitive, in situ, real-time detection platform for tracing active materials of ATP, hemin, carcino-embryonic antigen (CEA) and other of neurological species can be developed. This project will promote the the elucidation of basal concentrations, the dynamic changes and the principles of the interaction of the typical neurological species in the brain. Meanwhile, these techniques will provide new screening ways to the diagnosis of brain diseases, as well as the development of certain new neural drugs.

活体检测技术很好的保持了大脑的完整性，具有仪器设备简单、时空分辨高和可以识别多种待测目标物等优点，成为了脑神经化学物质研究基础的重要手段之一。本项目针对脑生理、病理事件中的新型内源活性靶标物的高灵敏动态监测的难题，拟设计和制备出新型的功能化碳纳米材料，利用其良好的电子传导性、多样的连接方式等优点，与识别单元-核酸适配体、免疫分析等检测体系有机结合，发展新型的检测系统，在活体水平上实现新型神经物种的原位、实时、动态检测。以凝血酶为模型，考察功能化碳纳米材料-适配体检测系统的性能，证明其可行性，在此基础上发展三磷酸腺苷(ATP)、血红素、癌胚抗原等多种痕量活性物质的高选择性、高灵敏度、实时原位检测平台。本项目将有助于阐明某些备受关注的神经疾病中潜在的目标物质在脑内的基础浓度、动态变化以及它们之间相互作用的规律，并为脑疾病的诊断以及开发与研究相关神经药物提供新的筛选手段和技术。

实现脑生理、病理事件中的新型内源活性生物分子的高灵敏检测具有十分重要的意义，生物分子在生物体内含量异常则可能会引发一系列疾病，常见有糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病等。因此发展生物分子的高灵敏高精度检测方法，特别是各类疾病标志分子的早期检测方法对于药物筛选、各类疾病的临床诊断和治疗具有重要的意义。本项目针对生物分子分析方法研究中存在的瓶颈问题，基于电化学、光谱学基本原理和生物化学传感技术，利用新型功能化(碳)纳米材料优异的物理、化学性质与良好的生物相容性，设计、合成和筛选具有特异性目标生物小分子识别功能的复合纳米材料，与免疫分析、核酸适配体等特异性手段相结合，设计新型的检测体系，从而发展能够对癌胚抗原、三磷酸腺苷等多种痕量活性物质、生物分子的高选择性、高灵敏度检测平台（例如基于金属有机骨架纳米复合材料用于制备检测CYFRA21-1蛋白的电化学发光生物传感器；碳化钛纳米复合材料应用于检测HIV-1蛋白；基于金属团簇纳米复合材料构建三磷酸腺苷荧光传感平台），并探索其在实际生物样品分析中的适用性，取得了良好的检测效果。相关研究成果在Biosensors and Bioelectronics，Chemical Communication，Sensors and Actuators B: Chemical等期刊发表SCI论文近30篇，公开/授权发明专利4项。项目执行期间，培养/联合培养硕士研究生16名。项目的实施丰富了生物分析化学的研究内涵，为潜在的目标生物分子物质分析提供了新的机理和检测方法，具有重要的科学意义和实际应用价值。