DNA步行者传感器构建及其在病毒高灵敏检测中的应用

DNA walker is a new concept to be applied in the design of the novel sensors based on the DNA walking on the surface of micro- & nano- particles. There are many challenges in the study of DNA walker. This project intends to adopt different particles and catalytic assembly technology to develop new sensors based on DNA walker. The DNA catalytic chains are designed with one or two catalytic domains to investigate their effect on the catalytic hairpin assembly and DNA walking for the developing of high sensitive DNA walker sensors. DNA walker can be combined with fluorescence resonance energy transfer (FRET) by using the target DNA as the catalytic chain and the hairpin initiating the walking of target DNA. A novel DNA walking FRET will be developed for the sensitive analysis of nucleic acid based on the molecular beacons opened on the nanoparticle surface. Combinding the binding induced strand displacement reaction or aptamer technology with DNA walker, a sensitive and selective method will be developed for the detection of proteins and applied in the monitoring of flu virus and enterovirus. This will promote the study of virus in the rapid diagnosis and early warning，which is of great significance.

基于DNA链在微纳球表面移动(行走)的原理设计构建新型传感器，是一种新技术，面临诸多挑战。本项目拟采用不同基质和不同粒径的微纳球为载体，结合催化发卡组装技术，构建基于DNA步行者的新型传感器。将DNA催化链分别设计成一个或两个催化中心，考察影响催化发卡组装及DNA行走的主要因素，并比较它们在微纳球表面及微纳球间的行走特性，构建快速、高灵敏DNA步行者传感器；将DNA行走技术引入荧光共振能量转移(FRET)，利用启动发卡让靶分子/催化链在微纳球表面行走，并使载体表面多个分子信标同时发光，构建DNA行走FRET新型传感器，进一步提高检测灵敏度；与链置换反应或适配子技术结合，建立高灵敏及高选择性蛋白质检测新方法；以流感病毒和肠道病毒为研究对象，建立基于DNA步行者的病毒高灵敏检测及病毒感染早期预警新方法。这将使病毒分析检测研究更加深入，对于传染性疾病快速诊断及预警具有重要意义。

DNA步行者传感器是近年来发展起来的一种新技术。基于此，我们分别采用磁性微球、纳米金和量子点等载体，结合催化发卡自组装、杂交链式反应、无酶发夹DNA级联放大等技术，构建了多个检测核酸、蛋白及病毒的单足及双足DNA 步行者传感器；并分别与荧光共振能量转移、荧光猝灭恢复等技术结合，建立了检测病毒核酸、蛋白及病毒颗粒的新方法。将基于纳米金的DNA步行者传感器与滚环扩增及DNA级联放大技术结合，实现了HIV核酸的高灵敏检测，检测下限为1.46 fM；分别基于核酸杂交链式反应（HCR）和滚环扩增（RCA）技术，建立了均相检测肠道病毒的新方法；基于杂交链式反应的化学发光步行者传感器，检测凝血酶的检出限为9.7 fM；构建了量子点信标及细胞内单条病毒RNA 的检测方法，并采用量子点信标标记了HIV子代病毒RNA，实现了单颗粒病毒脱壳过程的动态示踪（JACS封面文章）。.本项目在J Am Chem Soc， Anal Chem，Biosens Bioelectron，Chem Commun，Nanoscale等刊物发表学术论文20篇，获授权发明专利4项，参加国际国内重要学术会议26人次，作特邀报告10次；共培养研究生9名，其中博士研究生5名，硕士研究生4名；获湖北省归国华侨联谊会科技奖励三等奖1项；量子点成果转让给企业，转让费140万元。 .DNA步行者传感器具有灵敏度高、选择性好、设计灵活等优点，在病毒检测方面具有明显的优势；以量子点为载体构建量子点信标，不仅实现了量子点表面DNA数的调控，为量子点等纳米材料组装奠定了坚实的基础，同时所构建的量子点信标还具有高亮度、抗光漂、吸收光谱宽、发射光谱可调等优点，为病毒核酸、病毒蛋白及颗粒检测提供了新方法，部分成果在“核酸适配体在新冠疫情中的应用网络学术研讨会”和“首届核酸检测产业链巅峰论坛暨第九届荧光 PCR 与分子诊断研讨会”进行了交流。