微悬臂梁阵列传感器用于生物分子相互作用和检测

Realize the label-free simultaneous detection and identification of multi-targets in the liquid by microcantilever array. According to the character of microcantilever transformer, select proper sensing materials which can cause the apparent deflection of microcantilever for the targets. Investigate the molecular interactions and achieve simultaneous detection of multi-targets with variable modifications of the microcantilever array. Biological molecular interactions including protein-protein, protein-nucleci acid, protein-bacterials, protein-small molecules, etc.,were selected as the models. The relationship between the interaction strength and surface tensile as well as the interaction mechanism will be investigated. Developing a label-free simultaneous detection technigue for multi-targets which is useful for new drug designs, target selections and understanding biological control mechanisms.

利用微悬臂梁阵列研究液体环境中分子识别和多目标无标记同时检测，针对微悬臂梁换能器特点，根据检测目标筛选出能引起悬臂明显响应的合适敏感材料，进而研究分子相互作用过程，通过分别修饰不同的悬臂，实现不同目标的同时检测。以界面上生物分子间相互作用为切入点，包括蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸、蛋白质与细菌、蛋白质与其它小分子等。从界面应力角度深入研究分子间相互作用，研究界面分子相互作用与应力的关系，多种分子相互作用的强弱关系，并在此基础上发展基于微悬臂梁阵列的识别检测方法和技术，提供一种多组分同时检测方法。为理解生物调控机制、新药开发、药物靶点研究和环境生物污染检测方面的科学问题，提供了一种不同的研究方法和手段，从而更好的理解和解决具体的科学问题。

随着国民经济的发展，人民生活条件的不断改善，人们对生存环境及自身健康有了新的要求，分析化学作为发现、解决新型传染病、重大污染问题的重要手段面临着重大挑战。传统的分析方法和技术由于费用高、耗时长、灵敏度低等缺陷，限制了其在复杂体系中的应用。微悬臂梁传感器技术经过几十年的发展，已具备高灵敏度、无标记、高通量等优点，广泛应用于环境控制、药物筛选和医疗诊断中。本课题利用微悬臂梁阵列传感平台，以生物分子相互作用体系为研究对象，围绕微悬臂梁敏感材料选择修饰层，针对溶液环境中的生物分子，进行了高灵敏度无标记检测。1.利用核酸适配体和多肽作为识别受体修饰到微悬臂表面，将识别受体和目标分子的特异性相互作用转化为微悬臂梁的纳米机械偏转，分别对卡那霉素和万古霉素的无标记检测；2.基于DNA适配体修饰的微悬臂梁阵列传感器检测伏马菌素B1（FB1），对通常污染玉米制品的赭曲霉毒素和脱氧雪腐镰刀菌烯醇作为对照实验，发展了一种检测由串珠镰刀菌产生的一种水溶性霉菌毒素的方法；3.将肝癌细胞特异性识别分子——TLS11a适配体通过Au-S键结合到微悬臂梁表面，通过测定肝癌细胞HepG2和TLS11a适配体相互作用所产生的表面压应力导致的悬臂偏转，对肝癌细胞HepG2进行了检测，检测限低至300个细胞每毫升；4.基于核酸适配体修饰的微悬臂梁阵列传感器，利用金纳米粒子与适配体相互作用，形成体积较大、质量较重的金纳米粒子-DNA复合物，放大检测多巴胺的信号，实现对小分子量生物化学样品的检测；5.将能够特异性识别MUC1的核酸适配子修饰在微悬臂阵列的其中四个悬臂梁上作为感应悬臂，与溶液中的MUC1相互作用，检测肿瘤标志物MUC1，为癌症早期的诊断和治疗提供可能；6. 将不同的底物多肽修饰到不同的微悬臂梁上，同时检测了胰酶和α-胰凝乳蛋白酶这两种结构和功能相近的目标分子，实现了近似分子的区别检测。