基于核酸等温信号放大技术检测病原微生物的高灵敏SERS传感新方法研究

The development of biosensors for simple，direct and multiplex detection in the complex samples is the challenge of today's analytical scientific research. Present project focuses on the urgent need of pathogen detection in public health security, intends to design several isothermal amplification technologies based on nucleic acid conformation change and various tool enzymes, choose the perfect nanomaterials which have suitable morphology, size, good stability and biocompatibility used as the SERS substrates or probes, and optimize the immobilized methods of oligonucleotides. Combining with surface-enhanced raman spectroscopy, this project intends to construct some detection methods for rapid and multiplex detection of pathogens such as Escherichia coli, salmonella and hepatitis c virus with super sensitivity, high specificity and good stability. This project will take full advantages of nucleic acid isothermal amplification technologies and surface-enhanced raman spectroscopy to improve and innovate the detection methods. Meanwhile, the project will provide a valuable theory and technical support for the biochemical detection in the field of life science.

探索简单、快速，能够实现复杂样品中多组分分析的传感方法是当今分析科学研究的热点和挑战。本项目从病原微生物检测在公共卫生安全保障等方面的迫切需要出发，拟设计一系列基于核酸构象变化及各种核酸工具酶作用的等温信号放大技术，筛选具有合适形貌、尺寸以及良好稳定性和生物相容性的纳米材料作为SERS基底或探针载体材料，同时优化寡核苷酸固定化方法。通过表面增强拉曼散射光谱检测手段，构建超灵敏、高特异性、稳定性好的分析方法，实现对大肠杆菌、沙门氏菌、丙型肝炎病毒等常见病原微生物的同时快速检测。本项目将充分利用核酸等温信号放大技术与表面增强拉曼技术的优势，进行测定方法上的改进和创新。同时，为生命科学领域中大量生化物质的检测提供有价值的参考和技术支持。

开展高灵敏生物分析新方法研究在疾病预防控制与诊断、食品分析、环境监测等公共卫生安全领域具有重要意义。表面增强拉曼光谱（SERS）的谱峰特征性强、易开展多组分测定，在化学生物传感设计中受到了广泛应用。开展高灵敏分子识别信号转换与放大研究，采用高SERS活性纳米材料，建立新型SERS传感方法，有望实现生物分子的高灵敏测定。因此，本项目合成制备了系列纳米材料，如金纳米颗粒、银纳米棒、银纳米簇、碳点及其与金属/金属氧化物组成的纳米复合物等，探索了这些材料的相关性能，并利用所合成的纳米材料进行了化学或生物分子的测定研究及活细胞成像分析。从上述合成的纳米材料中，筛选并研究了部分纳米材料的SERS性能，构建了多种SERS传感体系，开展了相关SERS生物分析应用研究：发展了基于银纳米棒的信号增强型SERS均相检测传感体系用于DNA糖基化酶活性的测定；构建了银纳米颗粒/氮掺杂碳量子点复合纳米材料并研究了其作为SERS基底的性能；利用Mn2+诱导石墨烯量子点自组装构建四氧化三锰-石墨烯量子点纳米复合物作为SERS基底，进行了癌细胞鉴定分析。另外还发展了一系列基于核酸构象变化及核酸工具酶催化的高灵敏等温信号放大方法：分别建立了基于核酸杂交链式反应和基于核酸外切酶III辅助循环切割的荧光偏振信号放大方法、基于T7核酸外切酶辅助循环切割信号放大的荧光分析方法、基于核酸外切酶I切割降解辅助的免标记荧光信号放大方法等。利用这些等温信号放大方法开展了核酸和核酸修饰/修复酶活性的分析检测，同时也为构建高灵敏SERS生物分析新方法提供了重要理论与技术参考。本项目研究成果对于开发高灵敏生物分析新方法新技术、提高痕量分析水平具有重要参考价值，在公共卫生及相关领域研究中具有重要的科学意义。