结合DNA杂交编码的受体和细胞微阵列仿生味觉传感器的研究

The receptor and cell micro array-based chips have shown widely promising applications in many fields such as biomedicine, environment, and food. Receptor and cell micro array-based chips have become a hot research topic in the field of biomedical sensing technology. This project will focus on the development of novel bitter receptor and cell micro array-based biomimetic taste biosensors on the basis of our previous research work. In order to address some urgent problems of biomimetic sensing technology, this project will study the production of bitter receptors and cells based on cell-free protein expression systems and molecular cloning. To construct highly ordered specific bitter receptor- and cell-based micro arrays, the coupling of bitter receptors and cells with sensing chips will be investigated based on DNA hybridization encoding technology. The diffenential evolution algorithm will be employed to study the high-throughput and fast response profiles as well as sensing mechanisms of biomimetic taste biosensors. The biomimetic taste biosensors can not only be used in the research of taste transduction mechanisms, but also be applied in the high-throughput and real-time detection of specific bitter substances. The scientific significance of this project is to provide new theoretical foundation and application basis for the receptor and cell micro array-based biomimetic sensing technology. There is no reports on the biomimetic taste biosensors similar to that proposed in this project. Therefore, this project shows significant innovation and independent intellectual property rights. This project has great potential to achieve distinct progress and breakthrough in the key problems of biomimetic sensing technology as well as in the research of taste transduction mechanisms.

受体和细胞微阵列芯片在生物医学、环境、食品等领域具有非常广阔的应用前景，是目前国内外生物医学传感技术的研究热点。本项目基于我们前期的工作基础，开展基于苦味受体和细胞微阵列的新型仿生传感器的研究。针对当前仿生传感技术亟待解决的若干关键问题，本项目基于无细胞蛋白表达系统和现代分子克隆技术研究功能性苦味受体和细胞的制备；基于DNA杂交编码技术研究受体和细胞与传感芯片的耦合机理，构建高度有序的特异性受体和细胞微阵列；基于差分进化算法优化仿生传感芯片的高通量快速响应特性。仿生味觉传感器不仅适合用于味觉传导机理的研究，也能用于特异性苦味物质的高通量实时检测。本项目的科学意义在于为基于受体和细胞微阵列的仿生传感技术提供新的理论依据和应用基础。尚未见到与本项目提出的仿生味觉传感器类似的报道，本项目具有较大的创新性和自主知识产权，有望在仿生传感技术若干关键问题以及味觉传导机理的研究方面获得一定进展和突破。

仿生受体和细胞传感器是当前生物医学传感技术的一个研究热点，在生物医学、环境保护、食品安全等诸多领域具有非常广阔的应用前景。本项目针对当前仿生传感技术亟待解决的若干关键问题，按计划重点研究了基于无细胞蛋白表达系统的功能性受体的制备技术，建立了功能性受体蛋白的制备方法，获得了适合用作传感器敏感材料的受体蛋白；基于分子克隆技术研究了苦味受体在异源细胞系统的表达，获得了功能性的受体细胞用于开发新型的仿生细胞传感器；基于DNA杂交编码技术研究了受体和细胞微阵列与传感芯片的耦合方法，实现了对受体和细胞的精确编码，提高了受体和细胞与传感芯片的耦合效率；基于多通道声表面波器件和多光源光寻址电位传感器构建了受体和细胞微阵列仿生传感器及其高通量检测系统，建立了适合用于优化高通量检测技术的分析方法，并应用于特异性苦味物质的检测以及苦味信号转导机理的研究。本项目的科学意义在于为新型仿生受体和细胞微阵列传感器的开发提供新的理论依据和应用基础，为特异性苦味物质的检测和味觉信号转导机理的研究提供新的技术手段。本项目有助于推动仿生受体和细胞传感器朝着微型化、集成化和智能化的方向进一步发展，并拓展其应用领域。基于本项目研究取得的成果，目前已在国内外期刊发表学术论文15篇（其中SCI收录论文12篇、1篇入选ESI高被引论文）、会议论文9篇、书的章节1章。项目负责人作为副主编出版英文编著2部，均由Springer和科学出版社联合出版。国内外学术会议口头报告6次（其中邀请报告1次，专题报告1次），担任国际学术会议分会场主席1次，并与以色列希伯来大学、俄罗斯圣彼得堡信息技术与光机（ITMO）大学、英国伦敦玛丽女王大学等单位开展了国际合作与交流，产生了较大的国际影响。此外，本项目的部分研究成果参与申请并获得了2018年教育部自然科学奖二等奖。