基于MOF材料的电化学生物传感器构建及其在阿尔茨海默病标志物检测中的应用研究

The amyloid β-peptide (Aβ) oligomer is one of the diagnostic biomarkers of Alzheimer’s disease (AD). It is commonly suggested that Prion protein (PrP) monomer could be a receptor of Aβ oligomer. Thus, the simultaneous assay of Aβ oligomer and PrP monomer will promote the AD diagnosis in the earliest states. Due to the high specificity of aptamer and nano-amplification technology, the electrochemical biosensors will be constructed for the simultaneous detection with high selectivity and high sensitivity. The amplification of electrochemical signals will be designed based on the nano-composites of metal-organic frameworks because of the outstanding properties including high electrochemical activity, pore identification, and large surface area. The exploring of the intrinsic relationship between nanostructured interfaces and sensing performances, between immobilization of aptamer and molecular recognition, will facilitate the construction of electrochemical biosensor with high-performance. This program will provide theoretical base for designing functionalized interfaces. Complex biological samples such as cerebrospinal liquor and serum of AD patients will be detected using the optimal biosensor under the optimized conditions. Meanwhile, protein concentration on neuron surface and its correlation with cell cytotoxicity will also be analyzed.

β-淀粉样蛋白(Aβ)寡聚体是阿尔茨海默病(AD)的重要标志物，研究表明朊蛋白(PrP)单体可能是Aβ寡聚体导致细胞凋亡的作用靶点，因此实现Aβ寡聚体和PrP单体的同时测定将为AD的早期诊断及病情控制提供帮助。本项目旨在构筑基于对双目标物特异性结合的核酸适配体电化学传感器，进而利用铜基/铁基金属有机骨架(MOF)复合纳米材料的电化学活性、孔径识别能力及大的比表面积等优异性能，实现核酸适配体的固定和电化学信号的引入及放大，从而达到Aβ寡聚体及PrP单体的同时测定目标。探讨纳米结构界面与传感性能及核酸适配体固定技术与分子识别的内在联系，提高测定的灵敏度和选择性，为构筑高效的电化学生物传感器提供理论指导。筛选出同时测定Aβ寡聚体及PrP单体的最优生物传感器和条件，建立AD患者体液包括脑脊髓液和血清样品中两种蛋白的同时检测策略，并了解神经元细胞表面的蛋白浓度及其与细胞毒性的相关性。

随着老龄化社会的日益加剧，阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)的发病率逐渐提高，严重危害老年人的身心健康并影响生存质量。AD标志物的检测是实现早期诊断和了解病情发展的重要途径，可溶性β-淀粉样蛋白(Aβ)寡聚体已经被作为AD的标志物。本课题紧紧围绕蛋白识别探针的有效固定和用于信号放大MOF材料的设计合成来构建生物传感器并用于AD中Aβ寡聚体检测研究这一主题，主要从以下几个方面着手进行深入的研究。1. 设计合成了三种高灵敏高选择的Aβ寡聚体电化学传感器：① 合成一种核酸适配体和电活性物质硫堇共同修饰的金纳米粒子共轭物，并基于抗体修饰的石墨烯和该共轭物构筑了新型的电化学类免疫传感器；② 利用负载金纳米粒子的铜基MOF材料作为信号探针设计了一种新型的核酸适配体传感器；③ 设计了含聚T重复序列的核酸适配体用于铜纳米簇的形成，并将其用作电化学信号探针；同时，通过朊蛋白和核酸适配体对目标分子的双重识别，保证了该策略的高特异性。设计的电化学传感器对Aβ寡聚体最低检测限可以达到3.5 pM, 并实现了人体血清中Aβ寡聚体的测定。2. 设计研究了基于分子印迹聚合物修饰碳布电极的电位型和基于双重信号放大策略的核酸适配体伏安型两种检测唾液酸的传感器，最低检测限可以达到60 nM。3. 设计合成了石墨烯表面纳米结构MOF材料的生长及混合节点的MOF，并分别用于过氧化氢和硫化氢的检测。4. 制备了两种比率型电化学微传感器用于人体液中次氯酸和抗坏血酸同时测定及过氧化氢的测定，并实现了人体液中相关物质的特异性测定。本项目的开展为复杂体系中神经退行性疾病相关蛋白的检测提供了可靠的新途径；同时，也为AD 的早期诊断提供了重要的参考依据。