基于纳米信号放大技术和组合电化学法研究G-四螺旋DNA与配体分子的相互作用

本项目利用真空热蒸镀技术及电子束曝光技术，在硅基材表面可控制备具有三维枝状结构的金微纳电极阵列，自组装二茂铁标记的G-四螺旋DNA，构筑基于三维微纳结构信号放大技术的具有特异识别配体分子功能的组合电化学系统。研究三维金微纳电极的结构与尺寸以及电极表面G-四螺旋DNA的分布密度对异相电子传递过程的影响。实时高通量地考察金属离子和吖啶类及异咯嗪类小分子配体等在修饰电极上的电化学行为，探讨电化学参量与G-四螺旋DNA构象转变以及G-四螺旋DNA-配体结合模式之间的相关性，提出确定构象转变和结合模式以及计算结合常数的电化学方法，并应用5-氟尿嘧啶衍生物组合化学库对其有效性进行评价。本项目的研究成果不仅可发展快速、简便、灵敏且高通量筛选G-四螺旋DAN配体分子的新方法，同时也将为研制新型高效、低毒抗癌药物提供实验依据。

以G-四螺旋DNA（G4-DNA）为特异性靶点的抗癌药物的设计与筛选是当前化学、生物学以及药学领域的研究热点之一。筛选具有诱导G-四链体结构稳定的小分子配体已成为目前国际上公认的发展新型低毒高效抗肿瘤药物的一条行之有效的途径。然而，如何从海量的化合物库中高效、经济且灵敏地筛选出G4-DNA配体分子仍是当前面临的重大挑战之一。为此，本项目采用多种实验技术如电化学沉积、气相沉积、现场模板刻蚀、真空热蒸镀、电子束曝光以及自组装技术等，在不同基材（如硅、碲、ITO、碳纳米管阵列等）表面可控构筑了具有纳米信号放大和特异识别配体分子功能的G-四螺旋DNA（人类端粒DNA片段）修饰电极阵列，系统地考察了各种小分子配体（如苯磺酰类5-氟尿嘧啶短肽衍生物、二萘嵌苯类衍生物、吖啶类及异咯嗪类、芦丁、芹菜素、槲皮素等）在G4-DNA修饰电极上的电化学行为，提出了一种利用电荷转移电阻确定配体分子诱导G4-DNA构象变化的新思路以及一种应用结合常数比（即选择性比KG4-DNA/Kds-D -DNA）筛选G4-DNA配体分子的新方法，并通过体外抗癌活性测试对照评估了上述电化学筛选模型和方法的有效性。上述研究结果为进一步发现强选择性的高效、低毒且经济的新型抗癌前体药提供了重要的实验基础。相关研究已在Biosen. Bioelectron.、Green Chem.、J. Power Sources、ACS Appl. Mater. Interf.、J. Phys. Chem. C、Electrochem. Comm.、Sens. Actuators B: Chem.、J. Electroanal. chem.、J. Electrochem. Soc.以及Science China-Chem.等学术杂志上发表SCI论文17 篇（其中影响因子大于4的学术论文8篇），他引超过45次，部分成果被全球科技新闻媒体如Verticalnews等详细介绍和评述。申请国家发明专利 5 项，其中授权发明专利 1 项，并获浙江省科学科术奖一等奖和二等奖各1项。