金属纳米簇-核酸适体生物传感界面的构建及其用于疾病早期诊断的研究

Ultrasensitive and highly selective quantitative detection of human critical disease-specific proteins, pathogenic genes and disease-related active small molecules have great significance in the prevention, early diagnosis and treatment of diseases. Compared with semiconductor quantum dots and fluorescent dye molecules, the metallicnanoclusters have a promising application in the area of bio-sensing for its great properties of low poisonousness, biocompatibility, small diameter, good conductivity, high fluorescence intensity and strong anti-photobleaching. In this project, for the strong affinity between metallicnanoclusters and aptamers specific bases and aptamers ability to be the stabilizers for metallicnanoclusters and its high specific recognition for targets, metallicnanoclusters-aptamer biosensing interface was constructed and applied to the research of disease early diagnosis. The green synthetic method of high stable metallicnanoclusters was explored and the interaction mechanism and optical, electrical sensing mechanism of metallicnanoclusters-aptamer biosensing interface and the samples was studied. Fluorescence, test strip and electrochemiluminescence, electrochemical biosensors were also made on the bases of the metallicnanoclusters-aptamer complex. Ultrasensitive and high selectivity analytical methods was established to detect tumor markers, pathogenic genes and bioactive small molecules in a complex sample matrix, such as serum, and these will provide experimental and theoretical basis for early diagnosis and therapy of hereditary disease and other critical diseases such as malignant tumor.

人类重大疾病特异性蛋白质、致病基因和疾病相关活性小分子的超灵敏、高选择性检测对疾病的预防、早期诊断和治疗具有十分重要的意义。与半导体量子点或荧光染料分子相比，金属纳米簇因其毒性低、生物相容性好、粒径小、导电性好、荧光强度高和抗光漂白能力强等特性在生物传感领域具有诱人的应用前景。本项目拟利用金属纳米簇与核酸适体特定碱基间的强亲和力、核酸适体能作为金属纳米簇稳定剂及其对目标物识别的高特异性，构建金属纳米簇-核酸适体纳米生物传感界面并用于疾病早期诊断研究。探索高稳定的金属纳米簇绿色合成方法，研究金属纳米簇-核酸适体生物传感界面与待测物之间的作用机理和光、电传感机理，制备基于金属纳米簇-核酸适体的荧光、试纸条、电致化学发光和电化学生物传感器。建立血清等复杂基质中肿瘤标志物、致病基因和疾病相关活性小分子的超灵敏、高选择性分析方法，为遗传性疾病、恶性肿瘤等重大疾病的早期诊断与治疗提供理论和实践依据。

人类重大疾病特异性蛋白质、致病基因和疾病相关活性小分子的超灵敏、高选择性检测对疾病的预防、早期诊断和治疗具有十分重要的意义。与半导体量子点或荧光染料分子相比，金属纳米簇因其毒性低、生物相容性好、粒径小、导电性好、荧光强度高和抗光漂白能力强等特性在生物传感领域具有诱人的应用前景。本项目利用金属纳米簇与核酸适体特定碱基间的强亲和力、核酸适体能作为金属纳米簇稳定剂及其对目标物识别的高特异性，构建金属纳米簇-核酸适体纳米生物传感界面并用于疾病早期诊断研究。通过严格地筛选和设计，我们以蛋白质、多肽、DNA、聚合物、离子液体、巯基小分子、抗生素等为模板或稳定剂绿色合成了多种高稳定性的金属纳米簇，制备了一系列基于金属纳米簇-核酸适体的荧光、试纸条和电化学生物传感器，并通过监测金属纳米簇-核酸适体生物传感界面与待测物，如肿瘤标志物、microRNA、HIV DNA、生物小分子（如各类兴奋剂、人体常见金属离子、氨基酸、含磷酸根的小分子如三磷酸腺苷等）和癌症微环境（如pH变化）之间作用前后产生的信号变化，成功实现了疾病标志物的灵敏检测。研究了金属纳米簇-核酸适体生物传感界面与待测物之间的作用机理和光、电传感机理，建立了多种血清等复杂基质中肿瘤标志物、致病基因和疾病相关活性小分子的超灵敏、高选择性分析方法，为遗传性疾病、恶性肿瘤等重大疾病的早期诊断与治疗提供理论和实践依据。项目执行期内发表已标注该项目资助的SCI学术论文28篇（其中影响因子大于8的16篇；按2018中科院期刊分区，一区论文21篇，二区论文4篇，三区论文3篇）；申请与本项目相关的发明专利5项，其中已经获授权5项；培养硕士研究生6名，另有2名博士研究生和多名本科生参与了本课题的研究工作，课题组成员中晋升副教授1名，实验师1名；出国交流访学2人，出国参加国际会议3人次，参加国内学术交流多次；较好地完成了项目计划书中原定的研究计划和研究任务。