芯片表面DNA分子机器的构建及应用

The DNA molecules with complementary base pairing properties are versatile building material for the assembly of defined nanostructures and nanodevices with unique functions. Currently, DNA machines based on toehold-mediated strand displacement have been demonstrated to enable to produce nucleic acid systems with designed dynamic functionalities. In this proposal, we suggest a new type of microfluidic DNA microarray chip to construct DNA machines that combine the advantages of microfluidics and DNA microarrays. Basing on microfluidic DNA microarray chip, we hope to build signal amplifying DNA sensors, DNA logic gates (AND and OR gates) and multiple reaction systems. It has been several advantages with this particular strategy, 1. high-throughput to analyze DNA samples; 2. able to significantly reduce the consumption of reagent and sample; 3. able to speed up the reaction rate; 4. able to increase the efficiency of the strand displacement reaction.

DNA由于严格遵循碱基互补配对原则而成为了一种新型的功能材料，能够用于构建具有特殊功能的纳米结构和纳米器件。近年来，基于toehold协助下的链替换反应原理构建的具有动态功能的DNA分子机器越来越受到人们的关注。在此申请中，我们拟采用正交型微流控DNA微阵列芯片来实现DNA分子机器的构建及若干应用，期望能成功实现信号放大、DNA逻辑门（与门和或门）和多级反应体系平台。此处采用正交型微流控DNA微阵列方法构建的DNA分子机器有如下几个优势：1）样品分析具有高通量性；2）显著减少样品或试剂的消耗；3）提高反应速率和缩短反应时间；4）提高链替换效率。

DNA成为了一种新型的功能材料，能够用于构建具有特殊功能的纳米结构和纳米器件。近年来，基于toehold协助下的链替换反应原理构建的具有动态功能的DNA分子机器越来越受到人们的关注。在本基金中，我们采用正交型微流控DNA微阵列芯片来实现DNA分子机器的构建及若干应用。总体上，研究目标基本顺利完成，基本成功实现了信号放大、DNA逻辑门（与门和或门）和多级反应体系平台。项目取得成果的总体情况：研究期间正式发表文章两篇SCI，第一篇“基于双偏振干涉测量分析（DPI）技术实时监测适配体与双酚A相互作用”（New J. Chem., 2018, 42, 2850—2856.），双酚A（BPA）是一种环境雌激素小分子，小分子检测是一直生物检测的难点，绝大部分检测方法比较复杂，我们开发了一种基于双偏振干涉测量技术（DPI）的BPA检测的新方法，该方法无需标记,且能实时检测实时研究BPA与芯片表面BPA适配体的相互作用过程，检测限为1Μm, 具有潜在实际应用价值，有比较好的应用前景；第二篇 “适配体结合双偏振干涉测量分析（DPI）实时检测甲胎蛋白” （New J. Chem., 2018, 42, 19564--19570），参与了该文章的研究，主要负责利用双偏振干涉测量分析（DPI）实时监测甲胎蛋白与适配体的相互作用部分的研究，在医学检测上有比较好的应用前景。另有2篇文章仍然处在审稿之中，分别“基于微流控DNA微阵列技术实现芯片表面信号放大”（Applied Surface Science审稿之中）和“基于微流控DNA微阵列技术构建AuNPs-DNA分子机器实现单碱基突变检测”（ langmuir审稿之中），在投的这两篇文章，主要利用微流控DNA微阵列技术，基于DNA链替换反应原理，构建AuNPs-DNA分子机器，从而实现了单碱基突变检测和芯片表面信号放大，为将来实现早期检测单碱基多样性（SNP）,治疗基因突变引起的遗传病提供新的检测方法。