植物激素脱落酸生物光学传感研究与快速检测新方法

In order to solve the problem of rapid detection of plant hormones，a new detection method needs to be established, which meets the requirements including high specificity and sensitivity, and intellectual property rights. Several studies involving optical properties of abscisic acid (ABA) based on optical surface plasmon resonance(SPR), plant hormones bio-optical sensors, ABA bio-optical chip, ABA signal amplification mechanism, ABA biomolecular interaction will be performed to realize the ABA rapid detection without labeling and achieve the new bio-optical technologies for rapid detection of the ABA. The highly selective molecular detection and bio-optical sensing mechanism, and the relationship among the ABA bio-optical properties and the micro-channel structure and spectral signal acquisition are validated and the ABA rapid detection solution based on bio-optical sensor is established, and the technical connotation of multiple compositions detection simultaneously is revealed through the researches of the wavelength, penetration depth and effective full width at half maximum of the ABA optical SPR sensors.. The implementation of this project will meet the rapid detection demand of ABA in China and further establish the application features of bio-optical sensor technology in the field of agriculture and life science, and achieve innovative international research results.

针对解决植物激素快速检测、建立具有自主知识产权的高特异性、高灵敏度植物激素检测新方法要求，提出研究植物激素光学表面等离子共振光学特性、植物激素生物光学传感器、植物激素脱落酸生物光学芯片，植物激素脱落酸分子识别信号放大机理，植物激素脱落酸与分子识别膜相互作用动力学，实现植物激素脱落酸无标记和快速的新型生物光学检测技术。通过研究脱落酸光学表面等离子共振波长、穿透深度和有效半高宽度等参数，研究植物激素脱落酸快速、高选择性的分子检测与生物光学传感机理，探明植物激素脱落酸生物光学特性与微通道结构、光谱信息获取方法之间的关系，建立一种基于生物光学传感器植物激素脱落酸快速检测方案，揭示植物激素多成分同时检测的技术内涵。. 本项目的实施将满足我国植物激素脱落酸快速检测需求，进一步确立生物光学传感技术在农业生命科学领域应用特色，取得具有国际影响的创新性研究成果。

项目组严格按照项目的年度研究计划展开研究，经过3年的研究，完成了项目研究任务。研究了2种光学表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）传感芯片结构，包括集成光学SPR芯片体系结构和一字线角度扫描的光学SPR芯片体系结构。研究了光学SPR植物激素ABA芯片体系，进行植物激素ABA生物芯片结构分析。研究了光学SPR植物激素ABA芯片的识别膜生长及特性。植物激素ABA光学SPR芯片由BK7玻璃基片上的50nm金膜和50nm金膜上生长一层与植物激素ABA抗体或抗原呈共价键耦合的耦合层组成。固定植物激素ABA抗原对金膜表面进行修饰，制备高特异性植物激素ABA芯片，并采用间接法实现ABA快速检测及动力学分析。提出了一种基于金纳米粒子光学表面等离子共振吸收特性检测植物激素ABA的新方法。采用紫外-可见分光光度计获得金纳米粒子在加入不同物质时的吸收光谱，探索植物激素ABA的快速定量检测。研究了光学SPR生物分子相互作用算法，分别采用了牛顿迭代和最小二乘法进行动力学参数分析，建立光学SPR生物分子相互作用的动力学模型。以常见的乙肝表面抗原（HBsAg）和抗体（HBsAb）相互作用为对象，实时地获得生物分子间的相互作用数据，验证了光学SPR动力学分析模型可行性。研究了一字线角度扫描光学SPR生物分析体系，将一字线激光器固定于导轨上，直流电机带动一字线激光器在导轨上做变速往复运动，完成入射角度扫描。当不同浓度待测溶液流过金膜表面时，入射光线作用于棱镜与金膜的界面产生倏逝波引起金膜内的自由电子产生振荡，则存在使入射光线在直角棱镜与金膜的界面传播常数匹配的入射角，反射光线经由反射镜照射到固定基板上，利用面阵CCD获取固定基板上的图像数据，然后进行动力学和浓度分析。通过本项目的研究，掌握了植物激素ABA光学SPR传感芯片技术内涵，构建了光学SPR植物激素ABA无需标记、高灵敏度的快速检测体系。在项目研究期间共发表相关学术论文7篇，4篇SCI收录论文、1篇EI收录论文和2篇中文核心期刊论文。