基于多聚腺嘌呤技术构建新型高效硅基SERS传感器及其在实际体系中的应用

Surface enhanced Raman scattering (SERS)-based nanobiosensors have shown enormous encouraging achievements in biochemical assay. Our latest studies have developed various types of silicon-based SERS sensors, which are efficacious for biochemical analysis and detection. On the other hand, ploy adenine (polyA)-mediated DNA-AuNPs conjugates are able to spatially control lateral spacing and surface density of DNA on AuNPs, facilitating precise self-assemble of complex nanostructures. In this project, poly A-mediated self-assembly of nanostructure is used for fabrication of novel silicon-based SERS substrate via adjusting the length of polyA block, with an aim to design novel high-performance silicon-based SERS biosensors. Afterwards, the resultant silicon-SERS nanobiosensors are employed for highly sensitive, specific and reproducible detection of biological species (e.g., heavy metal ions, nucleic acid, bacteria and cell) in real systems.

表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering, SERS）传感器在生化分析检测上已经取得了众多令人鼓舞的研究进展。申请人在近期研究中发展了不同类型的硅基SERS传感器，进而将其应用于生化分析检测。另一方面，由多聚腺嘌呤（ploy adenine, polyA）调控的纳米自组装技术可以有效调控DNA分子在金属纳米颗粒表面的分布，从而实现复杂纳米结构的自组装。在本项目中，申请人拟将polyA纳米自组装技术与硅基SERS基底的构建方法有效整合，通过改变polyA长度控制复杂金/银纳米结构在硅基表面的组装，获得兼具高灵敏度、特异性和良好信号重现性的新型硅基SERS基底。在此基础上，构建相应的硅基SERS纳米生物传感器，以实现实际体系下分析物（如：重金属离子、核酸、细菌和细胞）的高灵敏度、高准确度和高重现性检测。

硅基表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering, SERS）传感器在生化分析检测上已经取得了许多研究进展。另一方面，由多聚腺嘌呤（ploy adenine, polyA）调控的纳米自组装技术可以有效调控DNA分子在金属纳米颗粒表面的分布，从而实现复杂纳米结构的自组装。在本项目中，项目负责人将polyA技术与硅基SERS基底的构建方法有效整合，通过改变polyA长度控制复杂金/银纳米结构在硅基表面的组装，获得兼具高灵敏度、特异性和良好信号重现性的新型硅基SERS基底。在此基础上，构建相应的硅基SERS纳米生物传感器，实现了实际体系下不同样本高灵敏度、高准确度和高重现性检测。具体而言，（1）铅离子检测：基于Poly A技术制备所得的硅基SERS基底与DNAzyme相结合，构建出用于铅离子检测的SERS传感器。该SERS传感器可以检测到10 pM的铅离子，远低于美国国家环境保护局所规定的饮用水中铅离子的最大残余量72.4 nM。此外，该传感器展现了较好的特异性，而且还可以循环使用。更为重要的是，它可以有效识别实际体系中（如，湖水、自来水和工业废水）的铅离子。（2）DNA甲基化酶检测：将滚环扩增技术与硅基多聚腺嘌呤SERS基底相结合，成功实现了对实际样品中的DNA甲基化酶活性的高灵敏度和可靠再现性检测。所研制的SERS传感器具有良好的信号重现性（RSD~12%），对其他类型的DNA 甲基化酶具有良好的选择性，浓度检测范围较宽（0.05~50 U/mL），检测限低至2.8×10-3 U/mL。该传感器优异的性能使其可应用于抗癌药物的筛选与检测。更重要的是，该传感器可以用来检测实际样品（如人血清）中不同浓度的DNA甲基化酶，表明了该传感器在临床应用中的潜在可行性。