基于DNA四面体纳米结构的核酸适体传感器的构建及其在氯霉素检测中的应用

Chloramphenicol is a broad-spectrum antibiotic, which have been applied to treatment bacteroidal desease. However, they have strong side-effect for humans, plants and animals. They also could have certain residues in water and soil. The traditional chloramphenicol detection methods are laborious, require expensive equipment and could easily generate the false positive signals. Therefore, the development of a facile and sensitive method for chloramphenicol detection remains a desirable goal. The design and synthesis of DNA nanostructures has attracted a great deal of interest because of its potential significance to analytical chemistry, biomedicine and bioengineering. By combining these DNA nanostructures to inorganic nanomaterials and fluorescence resonance energy transfer, many fluorescent biosensors for biochemistry have been developed. In this project, we develop an aptasensor for fast, direct and sensitive detection of chloramphenicol in food samples based on DNA tetrahedron nanostructures and DNA concatamers amplification. The DNA tetrahedron nanostructures will improve the binding efficiency between aptamer and its target. In addition, this method is general and can be extended to detect wider range of targets by changing the recognition site in DNA tetrahedron nanostructures. This project is expected to provide new research ideas for the future development of analytical chemistry technology in food sample detection and environmental monitoring.

氯霉素是一种广泛用于细菌性疾病治疗的抗生素，然而氯霉素的副作用较强，对人类、动植物具有很大的危害作用，同时在水源、土壤中有一定的残留。传统的氯霉素检测方法需要繁琐的操作和昂贵的仪器，也容易出现假阳性的结果。因此，建立简单、灵敏的氯霉素检测方法是非常重要的。DNA纳米结构在分析化学、生物医学及生物工程等领域有着广泛的应用前景，将DNA纳米结构探针与无机纳米材料和荧光共振能量转移等结合，已发展了许多荧光传感的新方法。本项目中，拟以DNA纳米结构为基础，构建基于多功能DNA四面体纳米结构的核酸适体传感器，提高核酸适体与氯霉素的结合效率，同时联合DNA串联体放大方法，建立一种食品中直接、快速、高灵敏检测氯霉素的方法。该方法是一种通用的方法，只需更换DNA四面体结构上的核酸适体即可用于食品中其他目标物的分析。本项目有望为分析化学技术在食品分析、环境监控等领域的发展提供新的研究思路。

抗生素被广泛用于动物疾病治疗或饲料添加剂中，但是抗生素的过度使用会不可避免的导致其通过生物链残留在人体内，对人体造成一些如过敏反应、肾毒性、胃肠功能紊乱等危害。本项目按照项目任务书，以核酸适配体、DNA四面体纳米结构、磁性微球（MBs）为基础，建立多种简单、快速、灵敏的抗生素检测方法。取得的主要研究成果如下：（1）基于氯霉素（CAP）核酸适配体与具有过氧化物模拟酶活性的氯化血红素（hemin）建立荧光方法检测蜂蜜样品中的CAP。（2）我们构建利用含有核酸适配体的DNA四面体纳米结构功能化MBs。与ssDNA功能化的MBs表面相比，基于DNA四面体纳米结构的表面可以减少反应的杂交时间并降低假阳性信号的产生，确保复杂样品中四环素（TET）检测的准确性。此外，通过简单地替换不同的适体序列，这种功能化策略可以扩展到检测TET和卡那霉素（Kana）。（3）我们构建了一个核酸适配体的DNA四面体纳米结构功能化MBs，结合滚环扩增反应（RCA）超灵敏荧光检测TET。此外，由于以DNA四面体纳米结构为立足点的可以调控核酸适配体的密度和空间取向，该方法成功地应用于鱼肉和蜂蜜样品中的TET的加标检测。本项目的实施有望为抗生素检测技术的发展提供新的研究思路。