基于纳米粒子放大信号的高灵敏度磁平台电化学发光基因传感器快速检测临床病原微生物

Clinical pathogenic microbiological testing has increasingly become a very important means for disease diagnosis, rational use of antibiotics, hospital infection control, and prevention of acute infectious disease proliferation. The traditional pathogenic microorganisms detection methods are complex and detection time is too long, the accuracy and sensitivity of the detection is not high. The project is based on the applicant's existing research base, to be combined with the electrochemiluminescence technology, magnetic separation technology, nanotechnology, rapid nucleic acid amplification technology with knowledge of microbiology, to try to explore the solution of this medical problem. To overcome the shortcomings of the complex operation and long detection time, we intend to use magnetic microbeads as a fast separation tool for enrichment of target pathogens. A new kind of magnetic situ nucleic acid amplification is combined with the magnetic platform situ electrochemiluminescence detection to achieve separation and detection process automation. To improve the detection sensitivity, we develop a high-sensitivity ECL nano probe, which in theory can improve the ECL detection sensitivity by an order of magnitude. Addition, we improve our previously built ECL detection device from assembly design, photon detection efficiency and stability of the instrument, to establish a high degree of automation, simple operation, high sensitivity sensor platform. Eventually, We aim to develope a rapid, simple, sensitive, and accurate clinical detection technique for pathogenic microorganisms testing.

临床病原微生物检验已日益成为疾病诊断、抗生素合理使用、医院感染控制、急性传染病预防扩散等非常重要的手段。传统病原微生物检验方法存在操作复杂和检测时间过长、检测的准确性和灵敏度不高等问题。本项目基于申请人现有的研究基础，拟结合电化学发光（ECL）技术、磁分离技术、纳米技术、核酸快速扩增技术与微生物学知识来探索这一医学难题的解决方案。针对操作复杂和检测时间过长等问题，拟以磁珠作为快速分离、富集目标病原菌的工具，将新型磁原位核酸扩增技术与磁平台原位电化学发光检测相结合，实现分离和检测过程的自动化；针对灵敏度问题，拟发展一种基于ECL原理的高灵敏度纳米探针，理论上能够数量级的提高ECL检测灵敏度；此外，对本项目组前期的ECL检测装置从组装设计、光子探测效率、仪器稳定性方面予以改进，建立一个自动化程度高、操作简单、灵敏度高的传感平台；最终形成一套快速、简便、灵敏、准确的临床病原微生物快速检测新方法。

在国家自然科学基金的资助下，我们主要开展了以下三方面的研究工作。第一、建立了基于纳米粒子放大信号的高灵敏度磁平台电化学发光基因传感器并开发出病原菌检测配套试剂。具体内容如下：1、本项目以项目负责人前期搭建的电化学发光基因检测传感装置为基础，研制出新一代基于流控技术的高灵敏度磁平台电化学发光基因传感检测平台。2、为了进一步提高电化学发光检测的灵敏度，本项目组结合最新发展的纳米技术，合成了g-C3N4、CdTe/CdS 量子点、树状分子、分支DNA等新型纳米材料，制备出高效电化学发光树状分子纳米探针和电化学发光分支DNA纳米探针，在此基础上建立了一种基于分支DNA放大信号的电化学发光核酸检测方法，从而提高了电化学发光检测灵敏度。3、利用合成的g-C3N4和CdTe/CdS 量子点，建立了一种基于g-C3N4与CdTe/CdS 量子点相互作用的双标记核酸检测方法。4、将基于纳米粒子放大信号的高灵敏度磁平台电化学发光基因传感平台应用于病原微生物检测，研制出配套试剂，建立了一种基于核酸酶保护法和电化学发光原理的食源性致病菌检测方法。第二、建立了一种基于石墨硒的核酸/蛋白质恒温扩增荧光检测平台。结合最新发展的新型纳米材料—石墨硒、核酸等温扩增技术和荧光检测方法等，以肿瘤标志物—microRNA 和thrombin蛋白质为例，发展了一种基于石墨硒的核酸/蛋白质恒温扩增荧光检测新平台，该平台可进一步应用于肿瘤早期诊断、病原菌核酸检测等领域。第三、建立了一种微纳米光热波导光流控芯片，研究了光热波导控制的微流体运动及其微泡的产生和操控。该微纳米光热波导光流控芯片装置具有简单、快速、成本低廉的优点，可用于富集病原微生物、生物细胞、生物分子、重金属等，起到放大探测信号的作用，可进一步用于传感、病原菌检测、生物芯片、血液中肿瘤标志物检测等领域，从而开拓一种新的生物分子检测手段。