多功能核酸光催化可视化传感平台

Nucleic acids are widely applied in sensing field, and thus the exploilation of their new fuctions is enssentially important for the development of biosensor. In this project, photo-catalytic technique will be integrated with nucleic acid for design of a novel nucleic acid-based photo-catalytic system and further exploilation of the new photo-catalytic function of nucleic acids. Various photo-catalytic apparatuses with different light sources will be constructed and the dye molecules will be optimized to fabricate a effective photo-catalytic system. Then, the mechanism of photo-catalytic reaction will be also studied. For detection of different analytes, double chain or single chain nucleic acid-based sensing systems with signal "switch-on" or "switch-off" will be designed. This sensing platform will be provided with multi-functions, i.e., target recognition, signal read-out and signal amplification. Thus, it will overcome the difficulty in detection of trace analytes in complicated samples when using the reported label-free and separation-free nucleic acid-based sensor. Finally, the sensing system will be applied for visual detection of pollutants, virus DNA, protein biomarkers, etc. The proposed nucleic acid-based photo-catalysis in this project will be a new function of nucleic acid, which would be helpful for designing of novel sensor and exploration of new research areas. Furthermore, the fabricated multi-functional sensing platform will provide a promising in-field detection technique for human health and environmental protection areas with simplicity and high sensitivity.

核酸在生物传感领域中应用广泛，其新功能的开发对传感技术的研究至关重要。本项目拟将染料小分子的光催化技术与核酸传感体系有机结合，提出核酸光催化新功能，在设计光催化装置、考察不同光源影响、优化染料小分子等的基础上，构建新型、高效的免标记核酸光催化体系，研究其光催化反应机理；并利用核酸光催化功能，设计信号"开启"、"关闭"型双链或单链核酸光催化可视化传感体系，旨在建成集分子识别、信号读出、信号放大等多个功能于一体的简单、高灵敏可视化传感平台，以期解决当前免标记、免分离核酸可视化传感体系难以直接用于超痕量目标物检测的问题；并利用该平台建立环境样品中超痕量污染物、生物样品中低丰度疾病相关蛋白质、病毒DNA等的可视化检测方法。本项目提出的核酸光催将是核酸的新功能之一，可为核酸传感技术的研究提供新的思路与方向；建立的多功能可视化传感平台将为人类健康、环境保护等领域提供简单、高灵敏的现场检测新技术。

核酸在生物传感领域中应用广泛，其新功能的开发对传感技术的研究至关重要。本项目将染料小分子的光催化技术与核酸传感体系有机结合，提出了核酸-染料光敏催化新功能。在设计光催化装置、考察不同光源影响、优化染料小分子等的基础上，构建了新型、高效的免标记核酸光催化体系。我们发现核酸染料SYBR green I嵌入双链核酸后，其在绿色LED等照射下，光敏催化氧化TMB的效果会显著增强，其光催化反应机理研究表明其光催化氧化TMB显色主要是通过光敏氧化途径II，即单线态氧途径；利用该核酸调制染料光敏催化功能，设计了核酸光催化可视化传感体系，建成了集分子识别、信号读出、信号放大等多个功能于一体的简单、高灵敏可视化传感平台。该可视化传感平台可用于裸眼检测纳摩尔水平的DNA、蛋白质。在此基础上，我们还开发了DNAzyme调制光敏催化的体系，通过DNAzyme对底物链的剪切，实现核酸染料光敏效应的“关闭”，该体系可用于海水中ng/mL级别铀酰离子的可视化检测。同时，还构建了一种核酸调制染料重原子效应的方法，我们发现核酸适配体的作用下，核酸染料与重金离子两者拉近，可产生核酸染料的重原子效应，从而提高染料分子的系间穿越效率，提升光敏染料的光敏催化性能。基于此，我们构建了核酸光催化可视化检测重金属离子的体系，可为现场检测环境水体中的重金属离子提供了一种有效的新手段。本项目所提出的核酸-染料光敏催化及其调控体系还可方便与电化学、化学发光等高灵敏的检测手段结合，我们已构初步建了光敏电化学传感器和化学发光传感体系，对BCRA1基因的电化学检测可低至10 aM。本项目提出的核酸-染料光敏催化新功能进一步丰富了核酸的功能，可为核酸传感技术的研究提供新的思路与方向，将是构建简单、高灵敏生物传感技术的有效手段之一。