基于功能化多肽的电位型传感器用于海水致病菌快速检测技术研究

This project is to develop potentiometric biosensing technique based on the peptide for the rapid determination and identification of the bacteria in seawater. The response characteristics and mechanism of the potentiometric sensor by using peptides as both a recognition element and a transducer will be clarified. Peptide-functionalized magnetic beads are used as sorbents for the enrichment of bacteria and also to eliminate the matrix interferences arising from the saline sample medium. With applying a magnetic field, the peptide-functionalized magnetic beads can be attached to the ion-selective polymeric membrane to produce a potentiometric response. By adding specific sequences of amino acid, the charge density of the peptide will be enhanced, which can be used for the improvement of the sensitivity of the sensor. Miniaturized solid-contact polymeric membrane ion-selective electrodes will be constructed by using screen-printed technique. The applications of the potentiometric sensor for the measurement of the bacteria in the seawater will be investigated. Potentiometric sensor arrays with different peptides will be designed to obtain the potential pattern of each bacterium. The identification and data treatment is performed by pattern evaluation with the linear discriminant analysis of the collected potential data. It is anticipated that this research will provide a new kind of electrochemical sensor that can be used for selective, sensitive, multiple and rapidly determine and identify bacteria in seawater and make contributions to the requirement in the field of environmental analysis.

本项目拟发展基于多肽的电位型传感器新技术用于海水致病菌的快速鉴别和灵敏检测。深入探讨以多肽作为敏感元件实现对致病菌的选择性识别，同时利用多肽自身聚离子的特性实现高灵敏电化学信号传导的检测新机制。研究采用多肽偶联磁珠实现致病菌的快速分离、富集，消除海水基体效应；采用磁场诱导磁珠偶联的多肽萃取到聚合物敏感膜相，产生快速电位响应；通过在识别多肽末端引入辅助氨基酸序列，增强电荷密度，从而提高传感器灵敏度的新方法。采用印刷电极技术，构建小型化固态聚离子敏感膜电极；考察敏感膜电位传感器在海水致病菌快速检测中的应用。设计基于不同多肽的电位传感器阵列，依据每种致病菌的特征电位信号序列，采用线性判别分析，实现对海水中多种致病菌的快速鉴别和分析。首次开发出一类快速鉴别和检测海水致病菌的新型传感器，在提高对海水致病菌快速鉴别及灵敏检测等方面具有重要的理论和方法创新，为满足国家在水环境监测领域的需求做出贡献。

海水中多种致病菌的快速鉴别和检测意义重大且极具挑战。因此，亟需发展简单、快速、准确鉴别与高灵敏检测传感器新技术。项目发展基于功能化多肽的电位型传感器新技术；探讨以多肽作为敏感元件实现对致病菌的选择性识别，同时利用多肽自身聚离子的特性实现高灵敏电化学信号传导的检测新机制；采用印刷电极技术，构建小型化、多通道固态聚合物敏感膜电极；设计基于多肽的电位传感器阵列，采用线性判别分析等，实现对海水中多种致病菌的快速鉴别和分析。.项目设计、筛选、合成了多种海水致病菌识别的多肽；基于生物素-亲和素相互作用，构建了多肽功能化的磁珠；采用分析表征、对接模拟等技术手段，研究了离子交换剂与多肽的相互作用。项目提出了磁场诱导磁珠偶联多肽直接电位传感新技术；探讨了多肽实现致病菌高选择性识别和电位信号高灵敏传导一体化的检测新机制；提出了通过在识别多肽末端引入辅助氨基酸序列，增强电荷密度，从而提高传感器灵敏度的新方法。采用丝网印刷电极技术，制备陶瓷基底的单一、多通道传感器芯片；通过筛选、优化聚合物敏感膜材料组成及含量，构建了用于多肽直接电位检测的高灵敏聚合物敏感膜电位传感器；设计了基于不同多肽的电位传感器阵列，依据每种致病菌的特征电位信号序列，采用线性判别分析，实现了海水中多余种致病菌的快速鉴别和分析。磁控动态电位检测技术与深度学习算法相结合，通过机器学习，完成了对海洋致病菌等污染物的快速、可靠鉴别与定量分析。上述研究丰富和发展了聚合物敏感膜电位传感器技术，在提高对海水致病菌快速鉴别及灵敏检测等方面具有理论和方法创新。.共发表SCI论文12篇，其中Nature Index论文6篇，影响因子10以上3篇，2篇发表于著名的《德国应用化学》杂志、2篇发表于《美国分析化学》；获得发明专利授权7项；项目负责人入选国家级及省级青年人才计划，培养博士及硕士毕业生7名；在国内外会议上做邀请/口头报告7次。