一氧化氮响应的纳米孔道分析平台设计、构建及细胞实时检测应用

Nitric oxide (NO) is an important gas signal molecule in live organism. Accurate analysis of NO concentration, especially real-time monitoring of NO released from living cells, is of great significance in biomedical research, disease diagnosis and treatment. Traditional electrochemical sensors for the NO detection usually need to puncture the cell membrane with electrodes, which has certain influence on the intracellular environment and metabolic processes. In addition, the electrode surface is easy to be polluted, and the repeatability is not enough, which makes it difficult to realize the requirement of random sample analysis and detection. In order to solve these problems, a nondestructive nitric oxide responsive nanochannel analysis platform is designed and constructed by combining the nanochannel analysis technology with organic small molecule probe. The NO reversible response and cell adhesive molecule were respectively modified on the inner and outer surfaces of the solid nanochannel by asymmetric modification, and NO gas released by cells could be directly analyzed. Moreover, through the regulation of the external field, the reproducibility of the nanochannel can be improved to realize the highly sensitive, real-time and dynamic detection of NO released by the single cell. This study is aim to break through the current limitations of cell-released gas detection, provide a new method for bioactive gas analysis in vivo, and further promote the practical application of nanochannel in cell analysis and biomedical research.

一氧化氮（NO）是生物体内重要的气体信号分子，对NO浓度的精确分析，特别是活细胞释放NO的实时监测，在生物医学研究和疾病诊断、治疗中具有非常重要的意义。传统电化学传感器对于NO的检测通常需要将电极刺穿细胞膜，对细胞内环境和代谢过程有一定影响；并且电极表面易污染，重复性不够，难以实现随机样品分析检测的需求。为了解决上述问题，本项目拟将纳米孔分析技术和有机小分子探针相结合，设计构建无损的NO响应的纳米孔道分析平台。通过不对称分区修饰的方法，在固态纳米孔道内外表面分别修饰NO可逆响应的受体分子和粘附细胞的功能分子，使其高效捕获细胞释放的NO并进行直接分析。并且，通过外场调控，提高纳米孔的重复利用性，实现对单细胞释放一氧化氮的高灵敏、实时、动态检测。该研究旨在突破当前细胞释放气体检测的局限，为生物体内活性气体分析提供一种新的方法，并进一步推动纳米孔在细胞分析和生物医学研究中的实际应用。

一氧化氮（NO）是生物体内重要的气体信号分子，对NO浓度的精确分析，特别是活细胞释放NO的实时监测，在生物医学研究和疾病诊断、治疗中具有非常重要的意义。传统电化学传感器对于NO的检测通常需要将电极刺穿细胞膜，对细胞内环境和代谢过程有一定影响；并且电极表面易污染，重复性不够，难以实现随机样品分析检测的需求。. 针对以上问题，我们开展以下工作：（1）以固态纳米孔为基材，设计构建了一系列有机分子探针功能化的纳米孔道微型传感器。通过调控纳米限域空间内待测物与探针分子的动态相互作用引起反应前后纳米孔道的表面性质改变，从而实现对低浓度活性氧分子的高选择性检测和肿瘤微环境中过氧化氢检测，推进了对肿瘤细胞的高效筛选.（2）针对纳米孔中蛋白质选择性传输动力低的问题，申请人设计开发了不对称功能化修饰的纳米孔道，研究其选择性调控蛋白质传输的性能。然后，通过实验和理论计算模拟考察了纳米孔道对于蛋白质选择性传输的影响，实现促进蛋白质的高通量传输。（3）通过主-客作用将NO特异性响应的探针分子探针引入纳米孔道，构建了NO可逆响应的纳米孔道，实现了对细胞NO的高选择性、高灵敏检测，为疾病标志性分子检测提供了新的研究方法。 . 上述研究取得了一系列创新性的科研成果，借助纳米孔道实现对疾病标志物的灵敏检测，在疾病早期诊断等领域展现出很好的前景。在本领域核心学术期刊如Angew. Chem. Int. Ed., Coord. Chem. Rev., Anal. Chem., Biosens. Bioeletron., Chem. Commun.等发表标注资助论文7篇。项目执行期间高质量地培养了硕士生共计5人，申请人获评湖北省“楚天学子”人才计划同时晋升副高级职称。