新型压电悬臂梁传感器阵列用于脓毒症相关标志物研究

The overall goal of the proposed research is to develop a novel piezoelectronic-excited millimeter-sized cantilever (PEMC) array for the rapid, sensitive and high-throughput detection of multiple sepsis-related biomarkers that based on our previous research and the clinical urgent demand for early diagnosis of pathogens and prognosis of sepsis.The PEMC sensor is a resonant mode macrocantilever sensor that is composed of two layers: a PZT (lead zirconate titanate) layer and a nonpiezoelectric layer (quartz slide) of a few millimeters in length. PEMC exhibits high-order mode that is more sensitive than any reported biosensor under liquid immersion and flow conditions. In a laboratory setting it measures mass changes of femtogram. The first purpose of this project is to fabricate new PEMC sensors with different millimeter-sized PZT and slides as well as different design methods.Specially, the factors that affected PEMC sensitivity will be systematic investigated. The second goal is to convert the fabricated PEMC sensor into a format for field use. After antibody immobilized on the sensor surface, the sepsis-related marker will be selectively and identification. Moreover, a PEMC sensor array will be developed, assembled and tested using sensor integration technology in low cost. Fabricated sensor array will be characterized for good selectivity, reproducibility and mass sensitivity. The establishment of high-throughput and rapid detection method for the variety of sepsis-related markers can form a key technology with independent intellectual property in this field and make new contributions for the sepsis clinical diagnosis.

本项目针对临床上对脓毒症病原体早期诊断和预后判断的迫切需要，拟在我们原有的研究基础上发展新型的压电发射的毫米悬臂梁传感器阵列（PEMC）用于脓毒症多种相关标志物的快速、灵敏、高通量检测。PEMC传感器是一类由PZT和石英玻片构成的毫米尺寸的共振模式大悬臂梁。在实验室静态或动态的液相条件下，PEMC的高阶模式表现出的灵敏度高于目前报道过的任何一种生物传感器，可直接测量到fg级的质量变化。本项目拟采用不同毫米尺寸大小的PZT 和玻片以及不同设计方案制备新型PEMC传感器，并对影响PEMC灵敏度的因素进行系统的考察，利用抗体固定在传感器表面来获得脓毒症标志物检测的选择性和识别。并采用传感器集成技术发展灵敏度高、重复性好、操作简单、成本低的PEMC 传感器阵列，建立对脓毒症多种标志物的高通量、同时、快速检测新方法，以期形成该领域具有自主知识产权的关键技术，为脓毒症临床诊断作出新的贡献。

项目拟在我们原有的研究基础上发展新型的传感器用于脓毒症等多种疾病相关标志物的快速、灵敏检测。研究期间，我们合成了碳量子点纳米材料，并将其作为荧光材料进行生物标记，对一些重要的生物标志物进行了快速检测。包括：（1）基于Zr4+诱发磷酸化的多肽-碳量子点选择性聚集，设计了一种简单、灵敏的荧光分析法检测蛋白激酶A（PKA）的活性。在最优条件下，多肽-碳量子点荧光强度的降低与PKA浓度在0.125—30 U mL-1范围内呈良好的线性关系。研究H-89对PKA活性的抑制效果，结果显示我们所提出的传感方法在激酶抑制剂筛选上具有非常大的应用潜力。（2）基于碳点与氧化石墨烯之间的荧光能量共振转移，发展了一种检测MUC1蛋白的超灵敏适体传感器。通过适体和MUC1蛋白之间的高亲和力反应，MUC1适体交联于碳点表面，进而捕获MUC1蛋白。通过特异的π-π反应的有效自组装，CDs和氧化石墨烯之间的荧光共振能量转移发生，碳点荧光则被氧化石墨烯淬灭。当目标MUC1蛋白存在时，碳点/适体与MUC1之间的键合常数大于碳点/适体与石墨烯之间的常数，使得碳点/适体从氧化石墨烯释放出来，进而恢复碳点的荧光。在优化的实验条件下得到MUC1蛋白的线性检测范围为20.0到804.0 nM，最低检测限为17.1 nM。（3）发展了一种新型的荧光传感器用于水溶液中自由氯的定量检测。该传感器包括荧光碳量子点（CDs）和罗丹明B (RhB)杂合体系，这两物质在同一波长380 nm的激发下分别出现445 nm和580 nm的发射峰。当有自由氯存在时，CDs的荧光淬灭，然而同样情况下RhB的荧光峰值几乎保持不变；用肉眼可以直接观察到这个过程的颜色变化。该传感器能快速检测自由氯且检测限低至4 µM。（4）第一次提出了A 阿丽蝇完整的线粒体基因组和系统进化分析法。该线粒体基因长14003bp，由22个转录RNA基因、2个rRNA基因和12 个蛋白编码基因组成。各碱基组成如下：A：39.14% G ：9.59%、 C 13.65% 、 T 37.62%。系统进化分析法是通过来自两个科的12个线粒体基因组介导。研究工作旨在丰富双翅昆虫线粒体基因组，为法医种类鉴定提供完整的线粒体基因组和A.阿丽蝇的系统进化分析。