DNA介导纳米阵列传感及其在食物过敏原蛋白检测中的应用

We introduce the natural micro-nano biomaterials into the design of biosensor to improve biological recognition signal, which promise to have theoretical and technical bases for the high performance biosensing technology and devices. DNA-mediated nanoarray will be fabricated and applied to realize the high load of antibody protein with proper order. Ferritin labelled antibody will be synthesized and used to amplify the signal based on its enzyme-mimic activity. Gliadin will be used as a model analyte to develop the rapid, highly sensitive food allergen protein biosensors. The assembly of nanomaterial (directed by DNA), the immobilizing characterisation of the antibody, and the electrochemical properties of the interface will be carefully investigated by SEM, TEM, AFM, EQ, and electrochemical methods. The combination of DNA-mediated nanoarray and ferritin nanoprobe is expected to improve the spatial orientation of the immobilized antibody, reduce nonspecific adsorption and amplify the signal of immune recognition, which would pave the way for the high-performance biological sensing technology and devices; and would be an effective new technique platform for food allergy clinical diagnosis, food processing and distribution safety, and food allergen labeling.

本项目拟将天然微纳生物材料应用于生物传感器件设计，以DNA独特的分子结构和理化特性，发展DNA介导纳米阵列技术，实现抗体蛋白有序高负载，以铁蛋白仿酶性质，发展新型纳米生物材料标记技术，实现抗原抗体识别信号放大，以小麦麸朊为模式分析物，建立快速、高灵敏食物过敏原蛋白新型电化学生物传感新方法。采用SEM、TEM、AFM、电化学、EQ等手段探索DNA介导纳米阵列的界面组装行为，揭示DNA介导纳米阵列的抗体蛋白固定特性及界面电化学特性，实现固定化敏感元件生物识别和信号传输的统一，为高性能生物传感技术与器件的研究提供理论与技术依据，为食物过敏临床诊断、食品加工流通安全、食物过敏原标示等实际问题的解决提供有效的技术手段。

食物过敏是全球性的食品安全问题，严格避免接触过敏原成为降低过敏风险的唯一有效措施，建立食物过敏原蛋白的可靠分析方法是临床诊断、食品监测、以及流行病数据取得的前提条件。生物分子的固定化是构建生物识别单元的关键环节，如何在保持正确空间取向和生物活性的同时高密度固定生物识别单元一直是生物传感器领域亟需解决的关键问题之一。本项目在纳米阵列免疫传感界面构建中取得了一些突破，利用天然生物材料壳聚糖制备纳米管阵列、对纳米金阵列进行表面化学修饰，解决蛋白分子的无序堆积，不仅能实现抗原抗体特异性识别，而且能充分发挥一维纳米阵列材料的空间有序和高负载能力，提高检测灵敏度和线性范围。这些探索一维纳米阵列蛋白质有序组装的研究，以及在此基础上建立免疫传感分析模型为食物过敏原蛋白的测定提供了方法学基础。纳米材料制备新方法构建新型电化学传感界面方面：采用牺牲模板法合成硫化铜空心纳米球复合绿色制备的还原氧化石墨烯构建无酶传感；以葡萄糖为还原剂绿色制备金纳米颗粒，该方法可推广到合成其他贵金属纳米颗粒；基于RAFT技术的分子印迹葡萄糖传感。纳米材料在重金属离子传感检测方面：电化学绿色合成还原氧化石墨烯结合溶出伏安法实现Cu2+、Hg2+的同时测定；采用动力鼓泡模板法制备多孔金，实现As3+的快速测定；石墨烯、硼酸、三聚氰胺通过共退火制备具有增强荧光信号的BCN杂化纳米片用于Ag+非标记灵敏检测；硼酸、三聚氰胺与二硫化钨共同热处理得到荧光信号增强的掺杂B,N的WS2纳米片用于Hg2+非标记灵敏检测。本项目建立了一系列新技术为食物过敏原蛋白、重金属离子的快速检测提供了新策略。