生物功能化碳纳米管调控纳米间隙阵列电极信号转换的临床致病基因诊断技术研究

致病基因的检测不仅为理解人类疾病发病机理的分子机制提供好的途径，同时也为疾病早期诊断与治疗提供了理论依据。针对当前临床致病基因检测中存在的致病基因含量低、操作费时、费用昂贵、且无法同时进行多个样品的检测等问题，本项目拟应用光刻蚀技术和电子束曝光技术制备不同间隙大小和不同排列方式的纳米间隙阵列电极，利用生物功能化的碳纳米管作为分子导线来调控纳米间隙阵列电极信号转换，从而对多种临床致病基因进行高通量、快速灵敏的检测，为发展灵敏度高、操作简便、成本低的新型电学生物传感技术和对临床致病基因筛选的新方法提供基础。

本项目利用生物功能化碳纳米管作为分子导线调控电学信号转换检测临床致病基因片段的可能性进行了前期的探索工作，还利用生物功能化碳纳米管和无标记自催化生长纳米金（AuNPs）分别作为电化学标记物、导电桥梁实现了特定DNA片段的灵敏检测。此外，鉴于碳纳米管、石墨烯及其复合材料良好的导电性和电催化性能，本项目拓展了该类材料在电催化葡萄糖和氧还原中的应用研究。主要工作如下：（1）利用DNA修饰的碳纳米管作为分子导线来调控阵列电极电学信号转换，初步实现了对乙肝病毒相关序列的灵敏检测，由于碳纳米管具有较大的长径比和良好的导电性，避免了当前电学生物传感器中需要进一步借助信号放大技术才能实现目标物检测的问题，使其在临床致病基因片段检测方面具有十分广阔的应用前景。（2）鉴于以上间隙阵列电极的高灵敏性和高通量特点，本课题组发展了一种基于无标记自催化生长纳米金（AuNPs）作为导电桥梁调控电学信号转换的特定DNA片段检测新方法。该方案不需要对AuNPs进行任何修饰，因此避免了当前电学生物传感器中复杂的AuNPs预修饰过程，使其在临床致病基因检测方面具有潜在的应用前景，相关研究内容已经发表在Analytical Chemistry。（3）将DNA修饰碳纳米管作为电化学标记物和分子信标结合起来实现了对乙肝病毒相关序列的电化学检测。这种新型的电化学标记物组装到绝缘膜修饰的电极表面后能调控溶液中多个电活性物质的电化学反应，因此使得该方法具有较高的灵敏度，相关研究内容已经发表在Small。（4）采用喷雾热解法可控制备了碳纳米管阵列，将其作为分散剂和支撑剂用于镍纳米颗粒和梭子状氧化亚铜的固定和分散，实现了对人血清样品中葡萄糖的电催化测定，相关研究内容已经发表在Biosensors and Bioelectronics、Sensors and Actuators B: Chemistry。（5）合成了其他新型碳材料，如碘、硫、硒掺杂石墨烯、氮掺杂碳球、碳纳米管/氧化锰等复合材料，都已被证明在燃料电池电催化氧还原中展现了较好的应用前景，相应研究内容已经发表在Advanced Materials、ACS Nano、Chemical Communications等杂志。经过课题组三年的努力，相关研究已发表SCI论文共13篇，其中IF>5的论文有8篇。