基于尖晶石结构二元金属氧化物的电化学DNA生物传感器在大肠杆菌检测中的应用基础研究

The project, taking the high sensitivity and portable detection of Escherichia Coli as the entry point, based on the DNA electrochemical sensor technology, aims at boosting the loading amount of DNA probe on the surface of electrodes, ameliorating the diffusion property, reinforcing the intrinsic catalytic activity of materials, and optimizing the electronic transfer capability, all of which regards the spinel structured binary metal oxide as the footstone. .Noticeably, in the project, the probe adsorption could be raised through the increament of the specific surface area, the diffusion performance could be improved via the hierarchical structure in design, the intrinsic catalytic activity of the materials could be heightened by means of the regulation of the composition and the structure, and the electronic transfer capability could be perfected by the construction of the three-dimensional conductive network and the layout of the metal-based electrode..Furthermore, the project systematically studies the DNA electrochemical biosensor properties of Escherichia Coli, summarizes the coresponding relationships between the electrochemical modified materials and biosensor properties, and achieves the high efficiency of DNA electrochemical biosensors to lay the foundation of the creation of the high sensitivity and portable detection of Escherichia Coli biosensors.

本项目以大肠杆菌的高灵敏度便携检测为切入点，立足于DNA电化学传感技术，以提高电极表面探针DNA负载量、改善扩散性能、增强材料本征催化活性和优化电子转移能力为目的，基于尖晶石结构二元金属氧化物构建大肠杆菌电化学DNA敏感元件。通过增大比表面积，提高探针吸附量；设计分级结构，改善扩散性能；组分与结构调控，增强材料本征催化活性；构建三维导电网络与金属基电极设计，优化电子转移能力。系统研究大肠杆菌DNA电化学敏感性能，总结电化学修饰材料与敏感性能之间的对应关系并优化材料设计，实现高性能DNA电化学传感，为高效便捷大肠杆菌传感器件的创制奠定基础。

本项目从材料科学的角度出发，立足于电化学与生物传感技术，基于二元金属氧化物导电性和电化学活性强的优势，借助于成分调节与合成策略的探究，开发一条经济快速的合成不同类型并满足不同需求的电化学修饰材料合成技术，阐明DNA传感器的传感性能与材料结构两者的对应关系，实现电化学活性材料对生物DNA的电化学传感信号的增强放大，为后续大肠杆菌的快速检测奠定理论基础。在项目进行过程中，课题组设计并制备出多种复合结构应用于DNA电化学传感器的构建，通过组分调控、分级结构设计、碳材料复合以及三维电极构建，获得了DNA生物传感器电极探针ssDNA负载量、扩散性能、本征活性以及电子传输动力学性能的提高。结果显示，上述多种制备策略经济可行、操作简便，能快速地获得多种不同类型的三维分级多孔复合结构。本项目拓宽了材料的制备方法，所制备出的复合材料在光催化、DNA传感以及新能源领域具有广泛的应用，能解决化学、生物和医学领域分析检测所面临的一些实际问题。项目资助各项研究进展顺利，发表SCI论文25篇，培养博士研究生5名，研究生17名。目前博士研究生2名已毕业，3名在读，硕士研究生9名已毕业，8名在读。项目投入经费44.00万，支出为40.3409万元，各项支出基本与预算相符，结余3.6591万，剩余经费计划用于该项目研究的后续支出。