基于形貌可控纳米材料和DNA折叠的高性能电化学生物传感研究

The application of nanomaterials and DNA nanotechnology, especially morphology controllable nanomaterials and DNA folding technology in the construction of biosensing interface with excellent performance, has become one of the developing frontiers in the field of biosensing. In this project, carbon nanomaterials, precious metal-graphene and organism-nanomaterials complex with different mophologies are prepared by using chemical, electrochemical and biological method. And based on mophology-control and DNA folding technology, four kinds of electrochemical biosensors were fabricated. The relationship among the nanomaterial mophologies, the metal proteins folding and the DNA folding nanostructure regulation and interface-sensing with the biosensor performances are investigated. The conditions for controlling the mophology of nanomaterials, the electrochemical and electrocatalytical properties of metal-proteins folding, and the DNA nanostructure changing mechanism during the biosensing process are clearly demonstrated. Novel methods for mophology controllable synthesis of nanomaterials and the construction of sensitive and selective biosensing interface based on DNA folding technology for detecting tumor markers (e.g. alpha fetal protein) and other targets are proposed. This research not only provides new ideas for controllable synthesis of nanomaterial and biosensing, but also has important scientific meanings for disease diagnosis (e.g. breast cancer) and biological nanoelectronic devices.

基于纳米材料和DNA纳米技术，特别是基于形貌可控纳米材料和DNA折叠技术构建具有优异分析性能的传感界面，已经成为生物传感研究的前沿方向之一。本项目拟采用化学、电化学及生物法，制备具有不同形貌的碳纳米材料、贵金属-石墨烯和生物体-纳米材料复合物，构置基于形貌可控纳米材料和DNA折叠技术的四类新型电化学生物传感器，以探索纳米材料形貌、金属蛋白质去折叠前后、DNA折叠纳米结构调控和界面识别反应与传感器响应性能间的关系，明确纳米材料的形貌和尺寸的控制条件、金属蛋白质去折叠前后的电化学和电催化性质以及传感识别过程DNA折叠纳米结构变化机制，建立纳米材料形貌可控合成新方法、基于DNA折叠技术的传感界面构建新方法和高灵敏、高选择性检测肿瘤标志物甲胎蛋白等物质的电化学传感分析新方法。该研究可为形貌可控纳米材料合成和生物传感研究提供新思路，对于乳腺癌等疾病和生物纳米电子器件等相关研究有重要科学意义。

基于纳米材料和DNA纳米技术，特别是基于形貌可控纳米材料和DNA折叠技术构建具有优异分析性能的传感界面，已经成为生物传感研究的前沿方向之一。采用化学、电化学和生物控制法形貌可控制备了碳、金属合金等50余种纳米复合材料，提出了基于DNA折叠纳米技术构建新型传感界面的新方法；构置了53种基于形貌可控纳米材料的电化学生物传感器和3种基于DNA折叠技术的电化学生物传感器，开展了纳米材料形貌可控合成、金属蛋白质去折叠、DNA折叠纳米结构调控和界面识别反应研究；建立了过氧化氢、多巴胺、γ干扰素、乳腺癌细胞等的安培检测新方法，使相关测定灵敏度提高1~2个数量级、线性范围最大可达4个数量级以上，稳定性与重复性更好。共完成研究论文56篇，其中已在《Chemical Communications》、《Nanoscale》、《ACS Applied Materials & Interfaces》和《Journal of Electrochemical Chemistry》等期刊上共发表论文52篇。申报国家发明专利4项，其中授权2项。项目取得的研究成果，为形貌可控纳米材料合成和生物传感研究提供新思路，对于新型传感界面设计、乳腺癌等疾病和生物纳米电子器件等相关研究有重要科学意义。成果获陕西省高等学校科学技术一等奖和二等奖各1项。培养青年教师2名，博士生7名、硕士生10名。