功能化核酸适体的筛选及分子识别应用

核酸适体是从寡核苷酸文库中筛选获得的一段单链寡核苷酸. 由于能与多种靶标分子高特异性结合, 核酸适体已发展成为一种新兴的分子识别工具, 广泛应用于生物医学等领域. 天然核酸文库有限的化学组成限制了核酸适体的结构和功能, 进而限制了其在分子识别中的应用. 功能化核酸适体通过引入特定的化学官能团使核酸序列具有更丰富的构象和功能, 增强其分子识别能力. 然而, 功能化核酸很难与核酸扩增方法兼容, 因而难以使用传统筛选方法进行功能化核酸的筛选. 因此, 优化筛选方法对于获得具有优异性能的功能化核酸适体至关重要. 本综述总结了功能化核酸适体的筛选方法, 并介绍了其作为分子识别工具在生物医学领域中的应用.     

数字聚合酶链式反应技术及其在疾病检测中的研究进展

数字聚合酶链式反应（Digital polymerase chain reaction, d PCR）技术是通过将反应体系均分到数万个独立的PCR反应单元进行单分子级扩增,并结合泊松分布实现单拷贝核酸分子精确定量分析的PCR技术。dPCR技术具有灵敏度高、无需标准曲线等优势,被广泛应用于疾病检测领域。随着阶梯乳化和三维成像等技术的引入,dPCR技术在检测精度、多重检测和检测速度等方面得到极大改进,显著提升了其临床疾病诊断性能。本文追溯了dPCR技术的发展历程,对其在肿瘤和感染等疾病检测中的应用进行了综述,分析了dPCR技术发展存在的挑战与机遇,以期为dPCR技术未来的开发利用提供参考,推动临床检验分子技术高质量发展。     

一种可绝对定量核酸的数字PCR微流控芯片

构建了一种新型的可进行核酸单分子扩增和核酸绝对定量的数字聚合酶链式反应(数字PCR)微流控芯片. 应用多层软光刻技术, 以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片材料, 盖玻片作为基底制作了具有3层结构以及微阀控制功能的微流控芯片. 芯片的大小与载玻片相当, 可同时检测4个样品, 每个样品通入芯片后平均分配到640个反应小室, 每个小室的体积为6 nL. 以从肺癌细胞A549中提取的18sRNA为样品检测了该芯片的可行性. 将样品稀释数倍后通入芯片, 核酸分子随机分布在640个小室中并扩增. 核酸分子在芯片中的分布符合泊松分布原理, 当样品中待测核酸分子平均拷贝数低于0.5个/小室时, 则每个反应小室包含0个或1个分子. 经过PCR扩增后, 有模板分子的小室检测结果为阳性反应, 而无模板分子的小室为阴性反应, 最后通过计数阳性反应室的个数, 可绝对定量原始待测样品中的目标DNA分子拷贝数. 实验结果表明, 该数字 PCR芯片可实现DNA单分子反应和核酸绝对定量, 具有成本低、 灵敏度高、 节省时间和试剂以及操作简单等优点, 为数字PCR方法在普通实验室的应用提供了一种新途径, 可用于癌症及感染性疾病的早期诊断、 单细胞分析、 产前诊断以及各种细菌病毒的核酸检验等研究.     

重组酶聚合酶扩增:扩增原理及性能分析

脱氧核糖核酸(DNA)放大技术对于核酸检测(NAT)至关重要. 聚合酶链式反应(PCR)虽然是核酸检测的基准扩增技术, 但其主要适用于条件较好的中心实验室. 重组酶聚合酶扩增(RPA)是一种非常有潜力的等温扩增技术, 对仪器设备依赖性小, 适用于资源贫乏地区. 因此, 该技术在核酸检测时不受实验场所限制, 非常适合即时检测(POCT). 作为一种正在快速发展的扩增技术, RPA也存在阻碍其进一步发展的缺陷. 本文对RPA的扩增原理和扩增性能进行了总结, 重点讨论了对扩增性能至关重要的引物重组和ATP动态平衡调控过程, 并概述了RPA存在的缺陷和潜在的解决方向.     

发卡型万能传导在基于核酸分子线路的基因诊断中的应用和性能优化

核酸等温扩增技术作为核酸体外扩增技术,其反应过程始终维持在恒定温度下。与聚合酶链反应相比,核酸等温扩增反应具有优异的便携型,因而被视为最有望实现基因快检甚至即时快检的体外基因扩增方法。然而,由于反应过程中假阳性扩增频发、反应后对产物的检测方法缺乏特异性和灵敏度等缺点,限制了其在实际分析检测中的应用。通过构建发卡型结构万能中转探针,成功地将恒温扩增产物转到一套性能良好的已知核酸分子线路上;借助核酸分子线路的百倍放大性能和序列特异性,实现对上游基因序列信息的精准识别和放大信号输出。针对不同的待测序列,仅需改变发卡型中转探针的序列,即可实现对不同序列目标物的检测。基于中转探针的重要性,本研究对中转探针的设计原理和方法进行了重点阐述,提出并验证了一套行之有效的普适性设计规律,确保中转探针良好的中转效率(信噪比)。利用这一规律获得的中转探针,与核酸分子线路偶联,可成功为低至近单分子(20个拷贝)的模型基因提供显著荧光和电化学信号输出。     

环介导扩增与石英晶体微天平快速检测核酸

建立环介导恒温扩增(LAMP)-石英晶体微天平(QCM)原位快速检测核酸的方法。将环介导恒温核酸扩增(LAMP)技术与石英晶体微天平(QCM)技术相结合,采用巯基化试剂分子组装方法,将LAMP反应体系中的4个引物之一固定于QCM电极上,在安装所述电极的QCM检测池中配置LAMP反应体系并进行环介导恒温核酸扩增,用QCM仪器在线原位检测频率变化,判断LAMP反应是否发生,进而判断体系中是否存在目标核酸特异基因。该方法检测核酸特异性强、灵敏度高,并且操作简便,有望发展成为快速筛查检测核酸的有效手段。     

核酸等温扩增技术在电化学生物传感器中的应用

生物分子检测在临床诊断、基因治疗、基因突变分析等方面变得日益重要,因而,建立简单、快速、灵敏的检测方法具有重要意义。近年,电化学生物传感器因其简单、便携、易操作、成本低等优势在生物分子检测的研究中备受关注。为了提高检测方法的灵敏度,不同的核酸等温扩增技术被应用于电化学生物传感器的构建中。本文简单介绍了电化学生物传感器的工作原理,着重综述了几种主要应用于电化学传感器中的核酸等温扩增技术,同时比较了各方法的优缺点。     

基于微流控芯片的核酸提取技术研究进展

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的大肆传播对世界各国公共卫生防护能力与医学检测能力发起了严峻的挑战。快速、准确、灵敏的核酸扩增检测成为了当前的研究热点,而如何从复杂的生物样品中提取高纯度的核酸对保证核酸分析检测的灵敏度和准确性起着至关重要的作用。然而传统的核酸提取方法耗时长且通常需要复杂的设备,利用微流控芯片的集成化、微型化等特点可以解决上述问题。本文在介绍传统的核酸提取技术的基础上,综述了近年来基于微流控芯片的核酸提取技术,最后讨论了其在即时检测领域的应用潜力。     

数字PCR技术的发展及应用

数字PCR(Digital PCR, dPCR)是继实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR, qPCR)之后发展的高灵敏核酸绝对定量分析技术,通过把反应体系均分到大量独立的微反应单元中进行PCR扩增,并根据泊松分布和阳性比例来计算核酸拷贝数实现定量分析。与传统PCR技术相比,数字PCR 技术不依赖于标准曲线,具有更高灵敏度、准确度及高耐受性,可实现对样品的绝对定量分析。近年来,随着微流控技术日臻成熟,基于微流控技术的数字PCR技术得到了快速的发展,在基因突变检测、拷贝数变异检测、病毒微生物检测、转基因食品检测以及测序等方面均得到广泛的应用。本文对数字PCR的原理、技术发展和应用进行了概述。     

基于核酸探针的光学传感方法和细胞成像研究

许多疾病的特征在于各种生物分子表现出的异常活性,这些物质通常在细胞内外显示过表达现象,因此对其灵敏靶向识别可以提供诊断和治疗效用。由于基因诊疗和化学传感技术的发展,用于灵敏检测细胞内外生物化学物质的核酸探针突显优势。核酸探针可以在稳定进入细胞的同时,特异性地结合目标物质,通过光学方法检测或通过成像技术标识出来。本文综述了采用光学传感方法和成像技术,基于核酸探针检测生物分子的新进展。根据检测对象进行分类,概括分析了几个代表性体系:核酸序列、蛋白质和酶、化学物质和物理化学条件,并详细阐述其关键设计原理、灵敏度及样品检测等结果,同时指出了各类核酸探针的优缺点。     

一种新型自动数字滴定管的研制

本文报道一种新型自动数字滴定管，采用马利奥特恒流器和石英数字计时器设计而成，液流无脉动、无滞后，滴定剂用量（或滴定度）用时间计量和数字显示，避免了使用容量滴定管产生的问题和困难，这种自动数字滴定管电路简单，造价低廉、操作简便，可简便地与计算机连接以实现自动化，实际应用结果令人满意。     

The Saul'yev method of digital simulation under derivative boundary conditions

Expressions for implicit boundary concentrations in electrochemical digital simulations are developed for use with the Saul'yev method, for chronopotentiometry and quasi-reversible potential-step chronoamperometry. As with the Crank-Nicolson method, derivative boundary conditions cause very poor performance of the Saul'yev schemes unless algorithms for implicit boundary concentrations are applied. With such algorithms, however, some of the Saul'yev schemes are very efficient.     

A technique for in situ X-ray computed tomography of deformation-induced cavitation in thermoplastics

Deformation-induced cavitation influences the mechanical response of polymeric materials, but acquiring in situ measurements of the spatial evolution of cavities has typically necessitated the use of synchrotron radiation sources. The objective of this study is to develop and demonstrate a method allowing for in situ measurements of deformation-induced cavitation in axisymmetric polymer specimens, using a home-laboratory X-ray computed tomography setup. The method is demonstrated by assessing deformation-induced cavitation of mineral-filled PVC in a repeated loading-unloading experiment. A temporal resolution of about 3 s is obtained by exploiting the axisymmetry of notched round tensile specimens. The evolution of relative density was captured throughout the experiment, revealing an interplay between void nucleation and void growth. Combined with surface deformation measurements obtained by digital image correlation, the present technique yields data suitable for calibration and validation of material models.     

Electrochemical detection on electrowetting-on-dielectric digital microfluidic chip

In this work, the use of three-electrode electrochemical sensing system with an electrowetting-on-dielectric (EWOD) digital microfluidic device is reported for quantitative analysis of iodide. T-junction EWOD mixer device was designed using arrays of 50-μm spaced square electrodes for mixing buffer reagent and analyte droplets. For fabrication of EWOD chips, 5-μm thick silver EWOD electrodes were formed on a glass substrate by means of sputtering and lift-off process. PDMS and Teflon thin films were then coated on the electrodes by spin coating to yield hydrophobic surface. An external three-electrode system consisting of Au working, Ag reference and Pt auxiliary wires were installed over EWOD electrodes at the end of T-junction mixer. In experiment, a few-microliter droplets of Tris buffer and iodide solutions were moved toward the mixing junction and transported toward electrochemical electrodes by EWOD process. A short processing time within seconds was achieved at EWOD applied voltage of 300 V. The analyte droplets mixed with different concentrations were successfully analyzed by cyclic voltametry. Therefore, the combination of EWOD digital microfluidic and electrochemical sensing system has successfully been demonstrated for rapid chemical analysis with minimal reagent consumption.     

中位数高保真数字滤波算法

提出了一种采用中位数的滑动窗口滤波方法。所设置的窗口宽度为2m+1个数据点,使宽度大于m个数据点的峰被视为信号而无失真地保留,使宽度小于或等于m个数据点的峰被视为噪声而完全滤除。中位数法较之常用的加权和法具有滤波效果好、信号畸变小等优点。此法能保证谱峰高度和谱峰位置这两个重要参数不发生变化,故非常适宜用于仪器化学分析信号的滤波。     

Two low-cost digital camera-based platforms for quantitative creatinine analysis in urine

In clinical analysis creatinine is a routine biomarker for the assessment of renal and muscular dysfunctions. Although several techniques have been proposed for a fast and accurate quantification of creatinine in human serum or urine, most of them require expensive or complex apparatus, advanced sample preparation or skilled operators. To circumvent these issues, we propose two home-made platforms based on a CD Spectroscope (CDS) and Computer Screen Photo-assisted Technique (CSPT) for the rapid assessment of creatinine level in human urine. Both systems display a linear range (r² = 0.9967 and 0.9972, respectively) from 160 μmol L⁻¹ to 1.6 mmol L⁻¹ for standard creatinine solutions (n = 15) with respective detection limits of 89 μmol L⁻¹ and 111 μmol L⁻¹. Good repeatability was observed for intra-day (1.7–2.9%) and inter-day (3.6–6.5%) measurements evaluated on three consecutive days. The performance of CDS and CSPT was also validated in real human urine samples (n = 26) using capillary electrophoresis data as reference. Corresponding Partial Least-Squares (PLS) regression models provided for mean relative errors below 10% in creatinine quantification.     

计算机化电化学仪器的数字信号处理(Ⅰ)──分片三次样条函数法(PTSF)

用分片三次样条函数插值拟合法平滑计算机化的电化学仪器的数字信号,并用于处理不同信噪比的实验数字信号。结果表明,该方法是处理分析仪器数字信号的一个有力工具。     

Crack-craze opening profiles near a crack tip in a polytetrafluoroethylene

The crack opening and craze profiles near a crack tip in a polytetrafluoroethylene have been experimentally investigated. A double-edge-crack plate specimen under uniaxial tensile load was used in the experiment and the experimental procedure was performed using the Digital Image Correlation method, which is a well-established optical-numerical method for estimating full-field displacement. A theoretical model of the stress intensity factor based on linear elastic fracture mechanics combined with a classical saturated expression was proposed. The proposed model is in good agreement with experimental data and predictions of the model may be used to verify the non-linear behavior from crack and craze (cohesive) zones.