基于功能化无机纳米孔阵列的蛋白质单分子电化学分析

Protein is the basic substance in living systems. Single-molecule analysis of protein is attractive not only for understanding of the function for protein in life study, but also for early diagnosis and therapy. In this project, we propose a novel single-molecule protein analysis through constructing engnieered inner wall of nanopore array via integration of highly specific recognition, nanomaterials and a series of stable and reproducible inorganic nanopore with different structure and size. In addition, mathematical simulation and combination with other analytical technique was used to realize real-time electrochemical analysis of the change of protein conformation, and kinetic process. Construct several type rats with brain disease, and realize the detection of protein in complex biological sample related to brain diseases. These investigations will not only propose a new method about single-molecule analysis for highly selective, stable and reproducible protein analysis, but also provide a practical platform for exploration of the role and function in pathological process.

蛋白质是生物体内的基础物质。从单分子水平研究蛋白质，可以更准确地解析蛋白质在生命活动中的作用机制及复杂的生物过程动力学，对于疾病的早期诊断和治疗，具有重大意义。本项目拟设计和制备一系列性能稳定、重现性好、形貌可控的新型无机纳米孔阵列。与此同时，合成高选择性识别配体和纳米材料，构筑多识别位点的功能化无机纳米孔阵列，发展高选择性、高分辨率的蛋白质单分子分析新方法。再结合数学模拟以及电化学联用技术，多信号研究酶及蛋白质构象变化。针对性构建脑疾病模型鼠，实现复杂样品中蛋白质的检测。本研究不仅建立了选择性高、性能稳定、再现性好的蛋白质单分子分析新方法，而且为探索蛋白质在病理过程的作用及分子机制提供了新的研究模式。

蛋白质是生物体内的重要物质，高选择性的灵敏蛋白分析，有助于准确解析蛋白质在生命活动中的作用，对于疾病的早期诊断和治疗具有重大意义。纳米孔技术因其检测信号依存于孔内流量的变化，在非电活性物质分析，特别是蛋白质分析中具有潜在优势。本项目设计和制备了系列性能稳定、形貌可控的无机纳米孔阵列电极。与此同时，设计和合成了特异性的pH、硫化物和蛋白质的特异性识别配体，构筑了适用于脑生理环境的功能化无机纳米孔阵列，开展了以下几方面的研究：（1）基于纳米孔道对离子的富集作用及特异性化学相互作用，发展了适用于复杂脑生理环境的纳米孔阵列电极分析方法，实现了缺血模型下鼠脑透析液中pH的实时电化学分析；（2）调控阵列纳米孔道不对称性，结合双键合放大电荷信号反转的原理，实现了细胞中酪氨酸酶的电化学分析。（3）发展了特异性分子电化学裁剪纳米孔道阵列外壁的集成平台，实现了细胞捕获及膜蛋白的高灵敏SERS分析。本研究为基于纳米孔道阵列的分析方法的建立，探索蛋白质在病理过程的变化和作用提供了新的研究模式。