一种显著提高纳米金颜色检测灵敏度的简单方法- - 核酸酶反应

利用纳米金颜色反应来检测生物分子是国内外纳米生物检测技术的一个研究热点，因为这类方法操作简单，结果直观，非常适合低成本的现场检测。目前研究的重点集中在两个领域，扩大方法的适用范围和提高检测的灵敏度。我们发现单核苷酸能够比单链和双链DNA更好地稳定纳米金，利用这一发现，我们将纳米金颜色反应的应用范围首次扩大到核酸内切酶和外切酶。实现了核酸酶活性及其基体的高通量，无标记，低成本筛选。我们还发现，当将结构特异性的核酸酶加入到DNA检测的体系中时，纳米金DNA颜色检测的浓度范围提高了近三个数量级。基于上述成果，本项目将以可卡因和汞离子的检测为例，探索利用核酸酶的结构特异性反应，显著提高小分子纳米金颜色检测灵敏度的新方法，实现小分子的恒热信号放大检测。而这一领域正是国内外生物检测技术的难点之一。该方法普遍适用于其它生物分子的检测，而且可以推广到其它检测平台，比如荧光和电化学检测。

纳米金比色检测技术是国内外纳米生物检测技术的研究热点，这类方法操作简单，结果直观，非常适合低成本的现场检测。目前研究的重点集中在扩大方法的适用范围和提高检测的灵敏度。单核苷酸能够比单链和双链DNA更好地稳定纳米金，利用这一发现我们将纳米金比色检测的应用范围首次扩大到核酸酶，实现了核酸酶活性及其基体的无标记筛选(ChemBioChem, 2009, 10, 1973)。将核酸酶S1加入到DNA检测的体系中用于靶标序列中任意位置处单碱基错配的检测(Biosen. Bioelectron. 2011, 26, 4294)。利用短链DNA能够比长链DNA更好稳定未修饰纳米金，首次将核酸适配体切为三段并实现对可卡因的高灵敏比色检测(RSC Advances, 2012, 10, 1973,热点文章)。基于核酸酶Exo I对开关型核酸适配体的结构选择性，建立离子、小分子（可卡因）和蛋白质通用的无标记荧光检测方法(Anal. Chem. 2012, 84, 3554)。研究发现基于未修饰纳米金比色检测的方法抗干扰能力差，不适合复杂介质检测；且检测的动力学区间较小，为此我们调整了对重离子检测方法的研究思路，开发了具有更好实用性的荧光传感器。将Exo I与微流控技术相结合构建了高灵敏高特异的汞离子荧光微流控检测芯片技术，该方法的检测灵敏度达到3 ppb，而且该方法对其它离子具有很好的选择性(Biosen. Bioelectron. 2012, 31,330)。结合DNA芯片技术，构建基于链间配位和互补链替代的signal-off和signal-on两种模式的汞离子荧光检测芯片，可以分别检测的Hg2+的浓度范围是3 nM-100 µM （0.67 ppb - 20 ppm）和10 nM-100 µM（2 ppb-20 ppm），而且该方法对其它离子具有很好的选择性(Anal. Chem. 2012, 84, 8060)。鉴于重金属污染的多样性，多种重金属的高通量同步检测将可以大幅提高现场检测的效率，为此我们构建了基于核酶DNAzyme的铅离子的荧光检测芯片，实现了对Pb2+的高灵敏高特异的检测，灵敏度为1 nM (Analyst, 2012, 137,70)。综上所述，本项目提出了多个核酸传感器的创新性设计思路，且重金属检测的研究成果具有良好的应用前景。