基于信号放大的高灵敏检测循环microRNAs化学发光生物传感新方法研究

Circulating microRNAs are useful biomarkers for cellular events or early diseases diagnosis. Because of the short size and low abundance of microRNAs, it is challenging to develop fast, inexpensive, and simple biosensors to detect them. In this proposal, we aim to find a chemiluminescence (CL) biosensing for simple and sensitive detection of circulating microRNAs. In order to improve the sensitivity of the analytical method, one signal amplification strategy by combination of multi-labels and nuclease-based amplification will be employed. Many CL signal molecules (HRP, alkaline phosphatase (ALP), G-quadruplex-hemin DNAzyme, and fluorescein) will be used to label the DNA probe. The CL systems (such as luminol-H2O2, and ALP-AMPPD) and CL resonance energy transfer systems (such as luminol-H2O2-HRP-fluorescein) will be explored for detection of circulating microRNAs. The new analytical method will have both the advantages of signal amplification and the advantages of CL detection. The features make the proposed assay particularly useful in clinical biochemistry laboratory settings. Therefore, the proposal not only will find a new analytical method of circulating microRNAs, but also will open a new research area for chemiluminescence analysis.

在我们多年来对化学发光分析及生物传感研究的基础上，借鉴前人有关信号放大和miRNA检测的研究成果，本项目拟以miRNA的生物属性为基础，充分利用分子生物学和集群多重标记信号放大技术，揭示信号放大规律，探索简单、高灵敏检测循环miRNA的化学发光生物传感新方法。将多种化学发光信号分子（如HRP、碱性磷酸酶、荧光素）用于标记探针，系统研究化学发光体系（如1,2-二氧杂环丁烷-碱性磷酸酶）及化学发光共振能量转移体系（如Luminol-H2O2-HRP-荧光素）检测循环miRNA的分析特性；探索提高化学发光检测循环miRNA灵敏度的信号放大策略，从而建立测定miRNA新方法。此新方法既具有信号放大技术在生物传感方面的优势，又具有化学发光在检测方面的优势。本项目给设计高灵敏的miRNA生物传感方法提供一种新的思路，为miRNA基础研究和应用等提供新的检测方法和技术，同时也推动化学发光研究向纵深发展。

本项目以提高发光生物传感中灵敏度为主要目标，创建了几种高效的信号放大策略。例如，将Exo III辅助的目标分子循环放大与脂质体辅助的信号放大相偶合，实现了一步双放大的信号放大策略；将光诱导电子转移荧光淬灭信号输出方法与滚环放大相结合，实现了单标记均相对miRNA的高灵敏检测。此外，较系统地研究以DNA为模板的铜纳米簇的荧光性能，发现组蛋白与DNA相互作用可显著提高对铜纳米簇荧光量子产率和稳定性，并建立了以铜纳米簇为荧光探针的核酸酶活性检测方法。本项目也研究了鸟嘌呤化学发光体系，探索了影响此化学发光强度的主要因素，详细考察了富含G碱基的DNA的序列及其构象对化学发光强度的影响。在项目的研究中，我们也发现了一些新现象，如金纳米棒的内在手性、聚芴阳离子聚合物的催化性能。研究成果在Analytical Chemistry、Chemical Communication、Sensors and Actuators B等SCI源刊发表学术论文24篇（所发表的论文在SCIE上记录的引用177次），授权发明专利1件，获陕西省高等学校科学技术一等奖1项。