基于阴离子卟啉复合物构筑DNA传感界面的电化学检测研究

To develop new techniques for DNA detection in cancer treatment and diagnosis, a series of supramolecular systems of novel water-soluable anionic porphyrin-carbon nanotubes composites and cyclodextrins and DNA will be constructed. The nanocomposites and their supramolecular systems can be characterized by UV-visible spectrophotometer, fluorescence spectrophotometer, circular dichroism spectrum, scanning electron microscope and atom force microscope. The interaction model and mechanism of the water-soluable porphyrin and DNA in the presence/absence of cyclodextrin will be systematicly studied. Thus, sensing interface can be achieved by concentration of probe DNA onto the electrode modified with the designed nanocomposites. The surface dynamic process of the proposed electrode modified with the nanocomposites binding with DNA will be investigated using several electrochemical methods, and the mechanism of enrichment of target DNA in regulation of cyclodextrin will be researched. Based on these results, a novel detection system for DNA based on host-guest binding mode could be developed, and applied to the rapid detection of virus DNA sequence. This project will develop new DNA probes or new drugs for cancer treatment, which is of great scientific significance and potential applied value in analytical chemistry and biomedicine.

为了开发癌症诊断和治疗中亟需发展的DNA快速检测技术，本项目首先构筑系列新型水溶性阴离子型卟啉-碳纳米管复合物及其环糊精、DNA超分子体系。采用紫外、荧光、圆二色谱、扫描电镜、原子力显微镜等多种手段对该纳米复合物及其超分子体系进行表征，系统研究水溶性阴离子卟啉-碳纳米管复合物在环糊精调控下与DNA的相互作用模式及规律。在此基础上重点研究基于阴离子卟啉的纳米复合物如何构筑能够富集DNA的电化学传感界面。首先拟通过多种电化学方法研究该纳米复合物修饰电极结合DNA的表面动力学过程，然后研究其在环糊精介导下富集目标DNA的作用机制，藉此发展一种基于主客体识别机制的新型DNA电化学检测体系，以期实现对病毒DNA序列的高效、快速检测。其研究成果可望开发新的DNA探针和检测技术，同时阴离子卟啉-DNA超分子复合物也有望发展成为癌症新药，因此在分析和生物医学领域均具有十分重要的科学意义和潜在应用价值。

为开发新型电化学传感技术，本项目主要进行了如下研究：①基于阴离子Meso-四（4-磺基苯基）卟啉与碳纳米管及探针DNA，采用交流阻抗法检测人类表皮生长因子受体HER2基因之特定序列目标DNA，其线性范围为0.02–2000 nmol/L及最低检测限为0.0634 nmol/L；②基于阳离子Meso-四（N-甲基-4-吡啶基）卟啉与碳纳米管及探针DNA，采用交流阻抗法检测HER2基因之特定序列目标DNA，其线性范围为0.002–20 nmol/L及最低检测限为0.00192 nmol/L；③基于阴离子锌卟啉与碳纳米管，采用微分脉冲伏安法检测多巴胺，其线性范围为1.3–2.3 μmol/L及最低检测限为1.27 μmol/L；④基于纤维素硫酸钠/聚二甲基二烯丙基氯化铵，采用循环伏安法检测亚硝酸根离子，其线性范围为0.04–150 μmol/L最低检测限为0.043 μmol/L；⑤基于氧化亚铜电还原氧化石墨烯，采用循环伏安法检测香草醛，其线性范围为0.1-100 μmol/L及最低检出限为0.01 μmol/L；⑥基于氧化亚铜功能化石墨烯，采用循环伏安法检测多巴胺和抗坏血酸共存下的尿酸，其线性范围0.002–10 μmol/L为及最低检测限为0.001 μmol/L；⑦基于Fe3O4/SiO2纳米磁珠构建Fenton体系，高效催化双氧水降解碱性品红等有机染料分子。通过项目的实施，共发表以项目主持人为第一或通讯作者的SCI论文5篇（IF均大于2）和CSCD核心论文2篇（另有1篇已接收），申请国家发明专利4项；培养硕士研究生4名。总体而言，完成了原计划研究内容，实现了预期目标，且拓展增加了研究内容，将持续深入开展后续研究。