高灵敏免标记光致电化学生物传感平台的构建及 miRNA 检测应用研究

This project is proposed to develop highly sensitive label-free photoelectrochemical biosensing strategies and to apply them in the analysis of microRNAs (miRNAs) which can be utilized as biomarkers for major diseases such as cancers. Label-free photoelectrochemical signal detection methods will be developed, and facile, highly sensitive and specific photoelectrochemical analysis of miRNAs will be achieved, based on signal amplification techniques including target recycling, enzyme-assisted nucleic acid chain elongation, and cascaded hybridization chain reaction, as well as the unique properties of nanomaterials. A novel label-free photoelectrochemical biosensing platform will be built in order to realize simple, fast, highly sensitive and specific detection of miRNAs related to diseases like cancers. The relationship between miRNAs and cancers will be investigated, and new techniques and methods for early diagnosis and clinic treatment monitoring of certain cancers will be developed. Thus this project is of great scientific importance, and innovative research results are expected.

本项目拟开展高灵敏免标记光致电化学生物传感新方法及癌症等重大疾病相关 miRNA 分析检测的应用研究。发展免标记光致电化学信号检测新策略，基于目标物循环、酶辅助核酸链扩增、核酸杂交级联扩增等信号放大技术，并充分利用纳米材料的优异性能，建立快捷、高灵敏、高选择性 miRNA 免标记光致电化学分析检测新方法。构建新型免标记 miRNA 光致电化学生物传感检测平台，力争实现复杂生物样品中癌症等重大疾病相关 miRNA 的快速、便捷、高灵敏、高选择性分析检测。探索 miRNA 及其表达水平与癌症发生、发展之间的关系，以期为某些癌症的早期诊断及针对 miRNA 的靶向治疗监测提供新技术和新方法，具有重要的科学意义和研究价值，有望获得具有一定特色的创新性研究成果。

发展高灵敏免标记光致电化学生物传感新方法，实现包括microRNA在内的重大疾病标志物的快速、简便、高灵敏、高选择性分析检测，对于疾病的早期诊断及治疗具有重要的科学研究意义。本项目开展了均相光致电化学及均相电化学生物传感新方法研究，首次构建了一种完全免固定、扩散介导的光致电化学生物传感新方法，实现了microRNA的高灵敏检测；建立了免标记均相光致电化学生物传感平台，实现了microRNA、甲基转移酶活性、癌细胞、汞离子等的高灵敏准确检测；构建了免标记、酶辅助均相电化学传感器，实现了癌细胞分泌外泌体的超灵敏、特异性检测。开展了免标记超灵敏microRNA传感新方法研究，基于以DNA为模板原位生成银纳米粒子的策略，实现了microRNA的免标记、开信号、超灵敏表面等离子共振检测；将酶生物燃料电池与均相电化学相结合，构建了新型均相自供能生物传感策略，实现了microRNA的超灵敏检测。此外，还发展出免标记比色及荧光传感新方法，建立了免标记可视化检测平台，实现了生物活性分子及抗癌药物的高灵敏检测，并进行了自供能生物传感新方法在疾病标志物和食品安全等方面的分析检测研究。在国家自然科学基金资助下，在Anal. Chem.、Chem. Commun.、Biosens. Bioelectron.和ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊上发表 SCI 收录论文 15 篇，其中影响因子大于5.0的SCI研究论文14篇；授权国家发明专利2件；培养了2名硕士专业人才。项目负责人获2019年山东省自然科学奖二等奖（第二位）、2018年中国分析测试协会科学技术奖二等奖（第三位）、2018年青岛市自然科学奖二等奖（第二位）各1项。项目组多次参加国际及国内分析化学领域学术会议进行学术交流。