基于表面等离子体热点荧光增强和微纳流道的核酸传感

Nucleic acid sensing can be used to diagnose various deceases caused by virus or bacteria, as well as to early diagnose cancer. Current demands for point-of-care diagnose and treatment put a higher requirements for the sensitivity and speed of nucleic acid sensors than before. Based on our previous work, this project proposes a novel nucleic acid sensing technique bases on surface plasmonic hot spots enhanced fluorescence and micro-nano channel : Nucleic acid probe functioned Gold nanoparticles are driven to a conic tip of the micro-nano channel; Intense plasmonic hot spots within an attoliter volume are produced by dynamically controlling the distance between gold nanoparticles with electrical field, which greatly enhances the fluorescence intensity of the Nucleic acid probe after binding with target nucleic acid. By theoretical simulation and instrument optimization, detection of fM target nucleic acid in 15 min can be realized with high stability and repeatability . This sensing technique can distinguish non-specific binding of nucleic acid with 2 mismatched bases with high specificity. This project will make single cell nucleic acid sensing possible without PCR amplification.

核酸检测可应用于病毒或细菌引起的多种疾病的临床诊断以及癌症的早期检测等。 当前床边检测、现场护理等需求对核酸传感器的灵敏度和检测时间等提出了更高的要求。本项目在之前工作的基础上提出了一种新的基于表面等离子体热点荧光增强和微纳流道的核酸检测技术。本技术将核酸探针修饰的金纳米颗粒聚集到楔形的微纳流道尖端，通过电压动态控制金纳米颗粒之间的距离，产生表面等离子体热点，从而上万倍地增强了核酸检测的灵敏度。本项目将通过理论模拟和实验技术的改进，实现在15分钟内fM浓度目标核酸分子的快速灵敏检测，并具有很好的稳定和重复性。本传感技术还具备很高的特异性，可区分2个碱基错位的非特异性核酸吸附。本项目将使非PCR扩增的单个细胞核酸分子的定量检测成为可能。

当今公共卫生和国家安全所追求的目标是实现在家庭和公共敏感场所（医院、商场、车站等）对致命疾病的快速检测和监控。大规模的基因分析要求使用更灵敏、更迅速、更准确、操作更简便和微型化的检测装置。.但是现有核酸传感器仍有很多不足之处，距离临床大规模应用尚有很大距离。主要表现在以下两个方面：1灵敏度低：与现行的PCR方法相比，现有的核酸传感器还有一定差距；2检测速度慢，即响应时间长：在已经报道的各种核酸传感器中，响应时间大部分在几十分钟到1小时以上。 在不改变灵敏度的前提下，解决的方法之一是提高核酸分子的局域浓度，即对原目标核酸进行浓缩处理。.本研究从提高核酸传感器的灵敏度和检测速度两个关键点出发， 提出了一种基于金属纳米颗粒表面等离子体热点荧光增强和纳米流道技术的核酸传感器。结合荧光核酸传感器的高特异性检测能力和表面等离子共振技术的高灵敏度的特点，同时用微纳流道快速聚集待测核酸分子，提高响应时间即测量速度。.本研究胰腺癌中的miRNA标记物微量检测目的，开发了一套基于表面等离子热热点荧光增强的检测方法和系统。通过理论分析和仿真模拟，对检测原理和荧光增强机制进行了分析研究，根据其结果设计了微流体系统和荧光检测系统，对系统的主要参数指标进行定量分析。采用两种不同的方法制备了微流道器件，建立了电子学和荧光测试系统，编写了设备控制和数据采集软件，以及数据处理分析程序。结合特殊设计的荧光探针，本研究基本上实现了便携式、低成本、高灵敏度的miRNA快速检测。达到如下技术指标： 检测灵敏度：miRNA分子浓度1 fM－1 nM定量可测检测样品体积： 10 微升一次检测时间：15 分钟.在未来的研究中，我们将进一步对本仪器系统的检测能力进行进一步的定量表征。在目前的研究中，采用还是还是人工合成的miRNA样品进行测量。以后将扩展到采用以血液、尿液等临床样品的测试分析中，研究样品前处理和分离浓缩技术，推动本测量方法和仪器在临床的真正应用。