基于纳米材料和酶信号放大的新型高灵敏荧光偏振适体传感器研究

From the requirement of methods and technique for early diagnosis of serious diseases, this project intends to develop novel highly sensitive and specific fluorescence polarization (FP) biosensors based on aptamers, nanomaterials and enzyme signal amplification for detection of serious disease-associated biomarkers. The main content includes: (1)synthesis of nanomaterials and design of nanoprobes and nucleic acid probes; (2) development of signal amplification methods based on nanomaterials and various tool enzymes; (3) design of FP aptasensors and study on their performance; (4) the application of the developed methods for detection of serious disease-associated biomarkers in clinical samples such as human serum and urine, and evaluation of the value of these methods in early serious disease diagnosis.By combining the nanomaterials and enzyme signal amplification techniques, the sensitivity and selectivity of the proposed FP aptasensors is significantly improved, and thus the low abundance biomarkers can be detected. The developed methods will provide a new analytical technique for early diagnosis of serious diseases, and also have a positive significance for promoting the development of bioanalytical chemistry, life science and iatrology.

本项目从我国重大疾病预警与诊断新方法与新技术的需求出发，以核酸适体分子识别为基础，将纳米材料和酶信号放大技术进行有机结合，建立可用于与重大疾病相关的生物标志物检测的高灵敏、高特异性荧光偏振生物传感新方法。主要内容包括：(1)纳米材料的制备、纳米探针和核酸探针的构建；（2）基于纳米材料和各种工具酶的信号放大方法建立；（3）荧光偏振适体传感器的构建及其性能研究；(4)在系统方法学研究的基础上，将所建立的新方法应用于人血清、尿液等临床样本中与重大疾病相关的生物标志物检测与验证，评估它们在重大疾病早期诊断中的应用。本项目通过结合纳米材料和酶信号放大技术，显著提高传感器的灵敏度和选择性，实现低丰度生物志物的快速检测，为重大疾病早期诊断提供技术支持，对于推动生命分析化学、生物科学和医学领域的发展具有积极的意义。

疾病早期诊断在疾病治疗中起着至关重要的作用，而疾病诊断离不开高灵敏、高选择性分析方法。荧光偏振分析技术因具有简单、灵敏、非侵入性、高通量分析等特点，在分子诊断方面有着巨大的应用潜力。核酸信号放大技术由于其高效、特异性已被广泛应用于生化分析研究中。在本项目以核酸适体分子识别为基础，利用氧化石墨烯、聚苯乙烯纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、聚多巴胺纳米粒子等纳米材料作为信号放大因子和核酸工具酶如核酸切割内切酶、核酸外切酶和聚合酶作为生物催化剂，提出了一系列荧光偏振信号传导与信号放大机制，建立了一系列高灵敏、高特异性荧光偏振生物传感新方法，用于血管内皮生长因子165、凝血酶、癌胚抗原、甲胎蛋白、细胞周期素A2、蛋白激酶等与重大疾病相关的蛋白质以及小分子有机物如腺苷、黄曲霉毒素B1、赭曲霉素A等检测，并用于生物样本分析。与常规荧光偏振分析技术相比，项目所采用的荧光偏振适体传感技术能够适用于蛋白质和小分子分析，克服常规荧光偏振分析只能进行小分子化合物检测的不足，扩展了荧光偏振分析技术的应用范围。此外，项目所建立荧光偏振传感方法由于采用了信号放大技术不仅能够有效提高灵敏度(灵敏度可提高2~5个数量级)，而且还能拓宽检测范围。这为实现低丰度生物志物的快速检测和重大疾病的早期诊断提供新分析检测技术。