微流控双极性电极电化学发光生物传感新方法研究

A research project entitled "Electrogenertaed Chemiluminescence Biosensors on Bipolar Electrode in Microfluidic Systems" is proposed. The aim of this project is to expand the fundamental of bipolar electrochemistry and to develop novel electrogenertaed chemiluminescence (ECL) biosensors on bipolar electrode in microfluidic systems. The main research work include: Design and fabricate single and multiple microchannels using PDMS and microelectrodes of carbon past, metal film and ITO; Investigate the model cathode reactions and electrochemical kinetics on bipolar electrodes with different shapes and different materials; Resolve the some problems of potential shifts, threshold current and over potentials; Develop the new indirect ECL report methods for the detection of the reversible anode redox reactions of compounds; Synthesize and screen the redox labels and redox compound-labeled probes; Develop the new ECL report systems; Establish the novel immobilization methods for the fabrication of biosensor arrays; Develop the theory model of round microelectrodes in chemistry and ECL; Develop novel biosensor arrays on-chip bipolar electrodes for DNA, proteins cells and bacteria, respectively; Develop the novel binding model of cell and drug as well as methods for drug screening. The research achievements in this project will greatly promote the development of high-through biosensing methods and microfluidic biochip and nano- system.

本项目拟开展微流控双极性电极电化学发光生物传感新方法的创新性研究。拟以微通道中的多双极性电极为基础电极，以电化学发光为报告方法，深入研究双极性电极电化学的一些基础科学问题，发展微流控双极性电极电化学发光生物新器件和新方法。设计和研制单通道和多通道的双极性电极，重点研究不同材料和不同形状的双极性电极上的阴极模型反应及其反应动力学；解决电位漂移、阳极阈电流和过电位等问题；研究以可逆氧化还原物质为阴极反应的双极性电极电化学发光检测新方法；合成和筛选适用于双极性电极具有良好电化学活性的标记物质及生物探针；研究电化学发光报告新体系；研究微阵列传感器的固定化方法；建立圆形双极性电极电化学和电化学发光相关理论；发展检测DNA、蛋白质、细胞、病毒等的阵列生物传感新器件和新方法；发展细胞与药物作用模型和药物筛选新方法。该项研究成果将极大促进高通量传感新方法的研究和微流控生物芯片及纳系统的发展。

建立快速高灵敏同时检测多种生物标志物的电化学发光生物传感新方法具有重要的科学意义和实际应用价值。本项目主要开展了微流控双极性电极的基础性研究、分子识别物质固定化方法研究和电化学发光生物传感新方法研究三个方面的工作。在基础性研究方面，设计研制了双极性电极电化学发光成像电解池；建立一种双极性阵列电极上检测基质金属蛋白酶的电化学发光成像分析新方法；设计合成和研究了一类有机物和一种铱金属配合物电化学发光新物质。在分子识别物质固定化方法研究方面，重点研究了防止电极间交叉干扰的可寻址阵列电极上的固定化方法，建立了一种双电化学共价健固定抗体的新方法和一种电化学-巯基自组装-点击化学耦合固定化多肽新方法。在电化学发光生物传感方法研究方面，主要从分子识别机理和信号增强策略研究两个方面出发，以近年来新发展的分子识别物质如适配体、凝集素和多肽等为主，发展了十余种检测生命相关物的电化学发光传感分析新方法，主要包括基于淬灭和金纳米信号放大的检测前列腺特异性抗原(PSA)；基于生物切割磁珠探针检测PSA的分析系统；凝集素识别纳米组装法检测癌细胞；基于酶催化转移测定蛋白激酶的活性和筛选酶抑制剂的新方法；双探针检测大肠杆菌；多肽识别检测HeLa活细胞分泌的基质金属蛋白酶2；超夹心免标记法检测HIV-1基因；探针杂交电极表面脱离法检测腺苷；辅助探针增强信号检测凝血酶；金纳米信号增强和金纳米多负载信号物质检测心肌肌钙蛋白等。该项研究成果丰富了高通量传感新方法和微流控生物芯片研究内容，为临床检测一些生物活性物质提供了新的检测器件和分析新方法，为电化学发光生物传感分析新方法的研究提供了新的研究思路和基础性资料，将促进生命分析化学研究的发展。发表SCI原刊论文17篇，其中包括Anal. Chem.2篇。申请国家专利2项。