双重信号放大的新型比色生物传感器检测肿瘤标记物的研究

In order to realize the effective detection of tumor markers, an innovative enzyme- and label-free colorimetric biosensor will be developed for the quantitative determination of carcinoembryonic antigen (CEA), a promising broad-spectrum tumor marker. In the sensing method, two aptamer probes are used for the specific recognition of the target molecules. The hybridization chain reactions and high catalytic G-quadruplexes are also smartly incorporated into the sensing system, which can help realize the signal amplification. There are no enzymes or nanomaterials needed, which can make the detection method less complicated and much more cost-effective. After one “mix-and-measure” step, a colorimetric signal can be visual by naked eye, which is strongly related to the concentration of CEA. There will be several advantages, such as high sensitivity, high selectivity, fast response, simple manipulation, satisfactory generality, and low cost, which make this new biosensing platform show promising potential for early diagnosis of cancers.

该项目针对肿瘤标志物分析诊断中的研究难点，以发展灵敏度高、特异性强和普适性好的检测新方法为出发点，围绕分子识别机制、信号转换原理和检测适用范围三个生物传感领域中的核心问题，建立基于双核酸适体探针专一且高效地识别目标分子的新方法，巧妙结合DNA杂交链式反应和G四聚体双重信号放大机制，并且成功避免酶和纳米材料介入，实现肿瘤标志物的可视化分析检测，有望发展成为通用的生物传感平台，为多个肿瘤标志物的联合检测创造条件，提高肿瘤检测的准确度。该新型比色生物传感器成分简单：只包含核酸分子探针，并且易于操作：仅需单步反应，即可通过肉眼实现目标物的快速检测。该生物传感体系的搭建既能够拓展生命分析化学的理论研究和技术应用，又对肿瘤的早期诊断有重要的指导意义，进而为癌症的治疗和预后提供有价值的参考依据，还有助于肿瘤标志物的高效筛查方法的建立，对新型体外诊断方法的发展也有着深远的影响。

癌症严重威胁着人类的生命安全，是中国乃至全世界面临的重大公共健康问题。癌症的早期发现、前期诊断和及时治疗是降低癌症病患者死亡率的强有力手段。然而，面对痕量存在的目标分析物，如何发展出超高灵敏检测方法是亟待解决的关键问题。为了提高生化检测方法的灵敏度，实现生物分子的精准高效检测，信号放大技术的发展与运用显得尤为重要。针对上述问题，该项目旨在开发基于双重信号放大策略的新型核酸传感方法，实现对包括肿瘤标记物在内的目标物质的高灵敏检测。该项目发展了若干种高灵敏的核酸信号转换与放大新原理、新方法，分别构建了基于DNA杂交链式反应和G四聚体的非酶式双步增敏型生物传感方法实现对癌胚抗原的检测、基于催化发夹自组装和脱氧核酶的非酶式双步信号增强型核酸分析检测方法、基于DNA缺刻酶和分子信标的双重信号放大生化检测体系、基于外切酶三和氧化型石墨烯的具有双步信号增敏效应的核酸检测方法等。这些核酸信号放大传感方法的构建与应用，将为疾病的早期精准诊断积累有价值的经验，有助于进一步丰富核酸信号放大方法的相关理论知识，也有利于拓展核酸传感技术在体外诊断的广泛应用。相关的研究成果已经发表SCI收录论文10篇，其中影响因子大于5.0的论文有6篇，包括Sensors and Actuators B: Chemical（1篇）、Talanta（2篇）、Microchimica Acta（3篇）等核酸生物传感分析及相关领域具有一定影响力的国际学术期刊。其中项目负责人以共同通讯作者身份发表的SCI论文9篇，均已明确标注本基金资助。培养硕士毕业生1名。