运用小分子探针与纳米孔区分核酸双链中碱基突变

Rapid interrogation of single-base mutation in double strand is of significance for disease diagnosis and identification of the source of infection. The distinct feature of the project is to detect the single-base mutation based on small molecules functionalized nanopore. This is a label-free detection method for sing-mismatch. As compared to probes based on high-molecular weight DNA and proteins, small molecules are less influenced by electric field gradient and their affinity toward target is less degraded. In this project, the materials we are going to use for fabrication of nanopore are PET membrane and Silicon Nitride film, whose surfaces after fabrication are amenable to the subsequent modification by small molecules. Both Ion Current Rectification and Resistive Pulses Approach are applied to detect single-base mismatch in double strand DNA while DNA is transported through the nanopore. The location of single-mismatch in the double strand DNA can be interrogated by combination of small molecule probes and nanopore. More importantly, the project based on nanopore and small molecule probes is designed to monitor multi single-mismatches in one double stranded DNA.

快速检测核酸双链中突变碱基对疾病诊断或感染源确认有很重要的指导意义。本项目的特色创新之处就是在于合成小分子探针并结合纳米孔分析技术来定性定量探测单碱基突变。这是一种免标记的单碱基突变检测方法。相比于其他一些运用大分子来修饰纳米孔，小分子具有体积小，结构稳定，受电场的相对影响小，不会像核酸和蛋白等其他一些大分子探针在电场的作用下结构发生变化，从而对目标对象的亲和力受到的影响更小。本项目主要在高分子聚酯薄膜(PET)和纳米薄膜氮化硅(SiN)中制备孔径可调的纳米孔,把通过有机化学合成的功能小分子修饰到纳米孔表面或者修饰到其他辅助纳米材料上。在纳米孔平台上，运用离子整流方法或者电阻脉冲方法，定性和定量探测单碱基突变的核酸。特别是纳米薄膜上制备的纳米孔，可以利用电阻脉冲方法确定核酸双链中单碱基突变的相对位置，更进一步可以同时对一条核酸上多个突变位点进行同时检测，确定多基因突变位点。

运用纳米孔技术研究生物大分子在国际上已经发展了十多年，主要的探索对象包括核酸大分子，蛋白质和核酸与蛋白质的复合物。理论模拟和纳米孔加工技术的显著进步对纳米孔平台在生物分子检测中的运用起到强有力的推动作用。纳米孔分析化学在国内的发展近几年来也势头强劲，优秀的科研工作也被多次被报道。根据不同的研究对象,可以选择合适的人工纳米孔和检测方法。核酸和蛋白质是生命体系中非常重要的研究对象，参与生命体系内复杂的作用过程，也是很多疾病诊断的研究对象。这一类生物大分子具有几个比较明显的特质, 都是具有一定体积的带电荷的大分子。一种纳米孔平台和检测方法很难完成不同条件下的定性分析和定量检测，纳米孔平台的多样化给解决复杂性问题提供了多种解决方案。快速检测核酸双链中突变碱基对疾病诊断或感染源确认有很重要的指导意义。本项目的特色创新之处就是在于合成小分子探针并结合纳米孔分析技术来定性定量探测单碱基突变。这是一种免标记的单碱基突变检测方法。相比于其他一些运用大分子来修饰纳米孔，小分子具有体积小，结构稳定，受电场的相对影响小，不会像核酸和蛋白等其他一些大分子探针在电场的作用下结构发生变化，从而对目标对象的亲和力受到的影响更小。本项目主要利用孔径可控的纳米孔测试小分子，核酸分子或者核酸纳米结构的通过与吸附，探索出检测核酸突变基因，检测小分子的新方法。基于高分子聚酯薄膜(PET)和玻璃纳米孔制备简单，可重现性等特点本项目发展了系列单分子检测新方法。主要成果一，发展了检测小分子三聚氰胺的纳米孔新方法，该方法免标记，选择性比同类其他方法有优势。主要成果二，发展了一系列基于核酸纳米结构的纳米孔传感器，数据正在整理中。主要成果三，合成了系列功能性小分子，发现了新型的非线性的光学信息。在深圳海归科学大会上做专题报告。