基于核酸适配体的高灵敏均相电化学蛋白质传感新方法研究及其应用

The current project is aimed at the development of new homogenous electrochemical aptamer-based protein biosensor with high sensitivity. The highly selective discrimination strategy toward protein are developed based on the rational design of nucleic acid aptamer structure. The new methods of "super rolling circle replication" and isothermal exponential amplification are used for the homogenous cascade amplification of protein signal. The homogenous electrochemical detection strategies are designed based on the differential diffusion effect and proximinity effects, and used for the construction of homogenous electrochemical protein sensing platform.Then, the rapid,stable, high throughput, high sensitive and high selective detection toward the protein biomarkers related to the serious diseases in complex biological samples is achieved. The dependence of serious diseases on the protein biomarkers and concentration is investigated in detail. This project would provide some new methods and techniques for the early diagnosis of serious diseases. Some innovative research results are also expected with the execution of current project.

本项目拟开展基于核酸适配体的高灵敏均相电化学蛋白质传感新方法及应用研究。基于核酸适配体技术，发展高选择性蛋白质识别与信号转换新策略；采用"超级滚环扩增"、等温指数扩增等新方法，实现蛋白质识别信息的均相级联扩增与信号放大；设计基于扩散效应、接近效应等均相电化学检测新策略，构建均相电化学蛋白质传感检测平台，力争实现复杂生物体系中重大疾病相关蛋白质生物标志物的快速、稳定、高通量、高灵敏、高选择性分析检测。探索不同蛋白质生物标志物及其表达水平与重大疾病发生、发展之间的关系，以期为重大疾病如癌症的早期诊断提供新方法和新技术，具有重要的科学意义，有望获得具有一定特色的创新性研究成果。

发展高灵敏、特异性蛋白质生物标志物均相电化学传感技术，实现快速检测对于重大疾病的临床早期诊断、治疗具有十分重要的研究意义。本项目开展了基于核酸适配体的高灵敏均相电化学蛋白质传感新方法研究及其应用。基于滚环扩增、核酸工具酶、靶标辅助自催化、目标物等温循环等技术，设计得到了多种蛋白质生物标志物循环信号扩增新策略，建立了若干端粒酶活性、转录因子、DNA甲基转移酶、碱性磷酸酶活性、T4核酸激酶活性、miRNA、癌胚抗原CEA等高灵敏、高选择性电化学传感平台。利用端粒酶能延长端粒的特性，通过电活性分子标记的发卡DNA和外切酶辅助，建立了单细胞水平端粒酶活性均相电化学检测新方法（Anal. Chem. 2015, 87, 4030−4036）。基于外切酶III的等温剪切反应和循环放大效应，实现了转录因子NF-kB P50均相电化学超灵敏检测，检测限可达10 pM（Anal. Chem. 2017, 89, 8328−8334）。针对miRNA碱基序列短的特点，基于目标物触发杂交链式反应，构建了无酶免标记均相电化学生物传感平台，实现了高灵敏miRNA电化学检测（Anal. Chem. 2015, 87, 11368−11374）。利用氧化石墨烯对单链DNA与双链DNA亲和力的差异，建立了基于石墨烯亲和力调控的均相电化学超灵敏肿瘤标志物传感平台，检测癌胚抗原可低至80 ag/mL(Anal. Chem. 2016, 88, 2212−2219)。基于DNA聚合酶-内切酶协同机制的循环信号放大新体系，通过YES门与NOT门的简单布局，实现了均相电化学八大基础逻辑运算体系的简单设计（Anal. Chem.2016, 88, 9691−9698）。由于均相电化学方法采用了免标记策略，避免了昂贵且繁琐的标记过程，具有简单、成本低等突出优点。.在国家自然科学基金的资助下，已发表 SCI 收录论文 39篇，其中影响因子6.0以上SCI研究论文19篇。培养了6名硕士专业人才。