基于假互补肽核酸的纳米光纤集成式表面等离子体共振基因芯片检测技术的研究

本研究探索一种全新的基因芯片检测技术，即基于双体假互补肽核酸（bis-pcPNA）探针的纳米光纤集成式面扫描光谱型表面等离子体共振（SPR）基因芯片检测技术。通过本研究可以实现在两个方面的技术突破：（1）研制以bis-pcPNA为探针的SPR光谱型芯片，可以充分利用bis-pcPNA的探针优势，大大增加对基因的检测能力，尤其适用于完全基因组、粗制样本或未纯化样本的检测，从而降低了样本处理的复杂性。（2）研制纳米光纤集成式面扫描光谱型SPR检测技术，并进一步精密地挖掘SPR检测系统与pcPNA芯片间的关联数据关系，建立杂交信号多元响应模式的自动识别方法，以实现高灵敏度、高特异性、高效率的检测性能，为对大批量生物基因样品进行非标记、实时、定量的快速检测提供可能！通过本研究可以实现传感器技术与芯片技术的完美结合，使基因芯片的检测更适用于检疫、防疫、临床等普通实验室甚至反恐、野战等复杂环境。

本项目研制了基于纳米光纤集成式面扫描光谱型表面等离子的生物检测系统。具体的研究结果包括三个方面的内容:（1）仪器及配套软件的开发: 研发了基于纳米光纤技术的SPR样机1台以及智能控制软件1套，该仪器通过选择控制与纳米光纤耦合介导的LD光源阵列实现高速角度检测，消除机械扫描的影响。入射光纤与接收光纤端面形成的一对共轭针孔具有角度滤波功能，有效抑制了光源方向性差引起的干扰信号，实验结果表明，该传感系统具有灵敏度高（10-6 RIU）、检测范围宽（1.3330 ~ 1.3800 RIU）、成本低、多通道实时检测等优点，同时作为项目的后续研究拓展，我们在前期工作基础上进一步开发了基于相位检测型的SPR 1台，将SPR仪器的检测灵敏度提高了2个数量级（10-8 RIU）；(2) 芯片开发：本项目开发两种功能性芯片，即PEG自组装单层芯片和三维高分子POEGMA芯片，满足不用实验目的的需求，尤其是三维高分子芯片在生物分子的特异性保持、质量控制方面具有优越的性能。同时，通过对PNA探针的理论设计和改造，增强了PNA探针的稳定性以及检测靶向核酸的特异性; (3)应用方面：通过整合表面等离子技术和基因芯片技术，搭建了无标记、高通量表面等离子共振成像技术平台，应用于流感病毒的检测中获得较好的实验结果。