蛋白质微阵列芯片在临床分析中的应用

蛋白质微阵列芯片能够高通量监测生物毒素、分析宿主-微生物相互作用和抗原-抗体相互作用、筛选疾病生物标志物,因此有望成为体外诊断的主要技术之一并在病原体感染、自身免疫性疾病、神经退行性疾病和癌症等疾病的精准医疗中发挥重要作用。 本文通过对最近发表的相关研究成果分析,总结了蛋白质微阵列芯片在临床分析中新进展,分析了其在实际应用中所面临的技术挑战并探讨了相应的解决方案。     

框架核酸辅助的仿生膜构建

仿生膜的构建有利于了解并掌握生物膜的功能及其机理,同时对其在生命医学及疾病诊断等相关领域的应用具有重要意义.以框架核酸为组装单元,构建新型仿生膜材料是一种有效且具有发展前景的方法和研究方向.本文综述了框架核酸的设计、制备与表征,总结了框架核酸修饰到脂质膜上的方式.同时,对框架核酸辅助的仿生膜的应用情况进行了阐述,并探讨了框架核酸在仿生膜研究领域所面临的机遇与挑战.     

基于微流控芯片的微阵列分析

微阵列芯片具有高通量、微量化和自动化等特点,已经在很多领域得到广泛应用。但是微阵列芯片仍然具有不足之处,如所需设备昂贵、分析时间较长、灵敏度不高、多样品平行分析能力不足等。微流控芯片微米级的通道具有相对较大的比表面积和较短的扩散距离,能够显著加快分析速度、提高检测效率、增强分析性能,并且能够加工大量的平行通道用于多样品分析。目前已经有大量文献报道将微流控芯片和微阵列芯片相结合,发展了独特的杂交方式并在实验和理论上分别证明了两者相结合的优势,本文综述了将微流控芯片技术应用于微阵列分析的研究进展,着重介绍了在微流控芯片上进行微阵列分析时的杂交方式、促进杂交的措施以及杂交过程的数学建模,同时也介绍了其他分析步骤方面的进展。最后分析了目前微流控芯片技术在进行微阵列杂交应用方面的不足及其原因,并指出这两项技术相结合的优势和未来。     

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...     

一种用于核酸高灵敏检测的液滴式数字聚合酶链式反应芯片

为了实现对核酸的高灵敏度检测,构建了一种新型的液滴式数字聚合酶链式反应(dd PCR)芯片.该芯片由产生液滴的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模块和储存液滴的玻璃腔室构成.实验结果表明,该芯片可以在25 min内产生2×106个直径为20μm的微液滴(体积4.187 p L).利用该芯片定量检测了表皮生长因子受体(EGFR)基因第19号外显子,在DNA浓度为106~101copies/μL范围内呈现良好的线性关系(R2=0.9998);在浓度为106copies/μL的19号外显子野生型DNA中检测105~100copies/μL的突变型DNA,其检测敏感度可达到0.0001%.该方法在同一芯片上实现了液滴产生、核酸扩增和荧光信号读取的功能,在核酸绝对定量及痕量突变基因的检测中具有潜在应用前景.     

高通量悬浮芯片技术检测多农兽药残留

建立了一种同时可检测多农兽药残留的高通量悬浮芯片技术.以常用的7种农兽药为待测靶标物,通过优化条件,使抗原抗体基本完全反应,操作简便快捷,最多可同时检出7种农兽药残留靶标物;实验结果表明,高通量悬浮芯片检测标准回归曲线方程和相应的决定系数R2表现良好;在对含有多种农兽药残留的不同盲样的检测中,检测浓度值与实际浓度的相对偏差较小.高通量悬浮芯片技术为多农兽药残留的快速检测提供了新方法,此系统可用于多农兽药残留实际样品的初步检测,整个检测过程仅耗时1～2 h,基本上满足了多农兽药残留检测的灵敏、特异、快速和高效的需求,具有广阔的应用和发展前景.     

一种用于核酸绝对定量检测的高鲁棒性液滴式数字PCR芯片

为满足液滴式数字聚合酶链式反应(PCR)技术对扩增反应过程中稳定保存液滴以及反应后高效检测的核心需求,构建了一种具有过滤气泡和增强荧光信号功能的液滴式数字聚合酶链式反应芯片.该芯片可在10 min内产生20多万个半径约为21μm的液滴.利用"玻璃天花板"的方式构建了独立于芯片主体材料的液滴收集腔,为液滴提供稳定的保存与反应环境;还构建了过滤结构,可有效过滤混入液相中的空气,提高芯片鲁棒性.同时,在液滴收集腔中引入反射层,增强荧光信号,使单个视野荧光成像时间缩短约40%,提高了检测效率.利用该芯片定量检测EGFR基因第21号外显子,检测信号与DNA浓度在10¹～10⁵copies/μL范围内呈现良好的线性关系(R²=0.998).该方案在载玻片大小的芯片上实现了液滴产生、PCR扩增和荧光信号读取,并具有较高的鲁棒性与检测效率,在核酸检测等方面具有应用潜力.     

光纤生物传感器用于核酸的特异性检测

为了利用光纤传感器实现对细菌核酸分子的特异性和相对快速检测，我们使用直径1mm的石英光纤和635nm激光二极管，利用倏逝波原理制作了光纤生物传感器。光纤经过处理后产生醛基化基团，然后与核酸分子进行共价结合。通过3个实验来验证传感器的特异性和灵敏度。蒌光素溶液直接检测，使用互补模式寡核苷酸分子（25mer)进行核酸杂交模式实验和设计嗜肺军团菌一段特异性探针一 光标记嗜肺军团菌染色体DNA杂交。结果表明：光纤检测荧光素的灵敏度可达0.01mmol/L，而生物芯片扫描仪最低可检测到1nmol/L的荧光素；模式寡 核苷酸杂交表明：光纤传感器可以特异地检出目的核酸分子，灵敏度可达纳克级水平；染色体杂交结果显示在正常检测浓度下，光纤检测军团菌之信噪比达到了6：1，同时具有较好的特异性。检测时间约需要3－4h。我们构建的光纤生物传感器可以用于核酸分子的特异性检测，并且具有较好的灵敏度，对光纤表面修饰、样品处理和杂交过程的优化可望使之应用于实际标本的检测。     

应用可视芯片技术高通量鉴别8种鱼成分

为探索鱼肉品种快速鉴别方法,以鱼类小清蛋白基因为靶标,设计了多宝鱼、银鲳鱼、金枪鱼、暗纹东方鲀、青石斑鱼、带鱼、大黄鱼以及东星斑鱼8种鱼的通用引物以及特异性探针,利用可视芯片技术,建立了一种鱼肉品种的高通量快速检测方法。该方法特异性好、灵敏、通量高,可同时准确鉴别8种鱼成分,检测灵敏度均可达0.1 ng/μL,且结果肉眼可见。该方法在鱼肉及其制品掺假现场快速筛查方面具有较大应用潜力。     

生命分析化学的重要领域——电化学微阵列芯片

生命分析化学是研究与生命活动相关的化学分子检测原理与方法的新兴交叉科学领域。将电化学分析方法与生物芯片相结合形成的电化学生物芯片正在向集成化、通量化、微型化和自动化等方向迅速发展。本文介绍近年来电化学检测在DNA芯片、蛋白质芯片以及适配体芯片等方面有代表性的研究进展。文中阐述了高、低密度电化学DNA芯片的制备与多种伏安检测方法;讨论了多酶电极芯片结构与测定干扰之间的关系,介绍了伏安法、阻抗法等电化学方法在蛋白芯片中的应用进展。此外,还简要介绍了电化学适配体芯片的制备及检测方法,并展望了电化学生物芯片的发展前景。     

Framework Nucleic Acids for Cell Imaging and Therapy

Over the past decade,structural DNA nanotechnology has been well developed to be a promising and powerful technique to generate various nanostructures with programmability,spatial organization and biocompatibi-lity.With the advent of computer-aided tools,framework nucleic acids have been employed in a series of biomedical applications,ranging from biosensing,bioimaging,diagnosis,to therapeutics.In this review,we summarized recent advances in the construction of precisely assembled DNA nanostructures,and DNA-engineered biomimetics.We also outlined the challenges and opportunities for the translational applications of framework nucleic acids.     

框架核酸在蛋白精确组装中的应用

除了作为遗传信息的载体,DNA所展现出的特殊材料性能引起了广泛关注。基于碱基互补配对原则的精确性和可编程性使得核酸纳米结构的构建逐步从一维单链发展到二维平面以及三维立体结构。计算机辅助工具的进步也促进了各种大小和形状的DNA纳米结构的自动化设计,而近年来构建的"框架核酸(FNAs)"为生物大分子纳米尺度上的精确排列提供了新方法,其固有的生物学功能以及可定制的特性使得其在物理、化学和生物等领域具有十分广阔的应用前景。本文阐述了精确自组装的FNAs的概念,并概述了FNAs在蛋白精确组装等领域的最新进展;重点论述了FNAs的优势所带来的对蛋白空间排布及其性能的调控能力,讨论了该领域存在的挑战,并对其发展机遇进行了展望。     

核酸分子嵌入剂

求文对核酸分子嵌入剂在核酸的识别、分离及分析中的应用，嵌入剂在特效新药设计及对核酸序列的特异位点裂解方面的新成就进行了评述。讨论了嵌入剂与溶液中ＤＮＡ及固定于ＮＣ膜上的单链ＤＮＡ的作用机理，引用参考文献３２篇。     

基于锁核酸的高选择性新型分子信标

通过在分子信标的错配位点修饰锁核酸, 不仅可有效地改善其单碱基错配识别能力, 还可提高检测灵敏度. 因而有望发展成为一种通用的提高分子信标单碱基错配识别能力的方法.     

Functional Xeno Nucleic Acids for Biomedical Application

Functional nucleic acids(FNAs) refer to a type of oligonucleotides with functions over the traditional genetic roles of nucleic acids, which have been widely applied in screening, sensing and imaging fields. However, the potential application of FNAs in biomedical field is still restricted by the unsatisfactory stability, biocompatibility, biodistribution and immunity of natural nucleic acids(DNA/RNA). Xeno nucleic acids(XNAs) are a kind of nucleic acid analogues with chemically modified sugar groups that possess improved biological properties, including improved biological stability, increased binding affinity, reduced immune responses, and enhanced cell penetration or tissue specificity. In the last two decades, scientists have made great progress in the research of functional xeno nucleic acids, which makes it an emerging attractive biomedical application material. In this review, we summarized the design of functional xeno nucleic acids and their applications in the biomedical field.     

Intercalating Nucleic Acids Containing Insertions of Naphthalimide

In a study of linker‐length dependence, we evaluated naphthalimide (= 1H‐benzo[de]isoquinoline‐1,3(2H)‐dione) and 4‐bromonaphthalimide as intercalating nucleic acids. We used a vicinal dihydroxy system when incorporating the six different naphthalimide monomers into DNA, and found the minimum linker‐length to be five C‐atoms. With this length of the linker, naphthalimide was discriminating between DNA and RNA – stabilizing DNA, while destabilizing RNA. Furthermore, naphthalimide showed universal base character by hybridizing to the four natural bases with a range as narrow as 1.4°. When compared to pyrene, naphthalimide with the same linker‐length gave significantly higher thermal meltings when hybridized to DNA.     

核酸光化学生物学

光敏感基团作为光化学开关被广泛应用于各种生物过程的光调控中。特别是过去十几年内,核苷酸、寡聚核苷酸和DNA/RNA的光敏修饰策略得到了长足的发展,并在细胞信号传导和靶基因的功能调控等诸多生物学研究中发挥重要的作用。本文主要针对常用的光敏感基团、光敏感核酸及其化学生物学研究进展进行简要综述,并对未来核酸光化学生物学的研究进行了展望。     

Controllable Assembly and Properties of Brain Targeting Peptides with Tetrahedral Framework Nucleic Acids北大核心CSCD

In this study,the armed tetrahedral DNA nanostructures（TDN）are designed to bind single or three complementary strands of armed chain（1-ANG-TDN,3-ANG-TDN）which is modified with angiopep-2 or other brain targeting peptides（TAT,TGN）. We compare the cell viability and cellular uptake of 1-ANG-TDN or 3-ANG-TDN in brain capillary endothelial（bEnd. 3）cells and Uppsala 87 malignant glioma（U87） cells. In addition,the cell viability and cellular uptake of ANG-TDN,TAT-TDN and TGN-TDN in bEnd. 3 cells are investigated respectively. The results show that these probes are not cytotoxic to bEnd. 3 cells and U87 cells at concentrationsbelow 100 nmol/L. After being incubated with bEnd. 3cells for 0. 5 h,the cellular uptake of 3-ANG-TDN is higher than that of 1-ANG-TDN（P<0. 01）. After being incubated with U87 cells for 1h,the cellular uptake of 3-ANG-TDN is higher than that of 1-ANG-TDN（P<0. 01）. After 2 h,there is no obvious difference in cellular uptake between 1-ANG-TDN and 3-ANG-TDN. ANG-TDN,TAT-TDN and TGN-TDN are up-taken by bEnd. 3 cells much more than TDN（P<0. 01）. However,there isno statistical difference among ANG-TDN,TAT-TDN and TGN-TDN（P>0. 05）. These results indicate that the targeting of ANG-TDN probe can be improved by increasing the number of peptides or prolonging the co-incubation time. This discovery providesareference for the multifunctional modification of tetrahedral framework nucleic acid. When a single peptidelinked with TDN achieves the brain targeting,other sites of TDN can be modified by other functional groups to expand the structure and function. Tetrahedral framework nucleic acids can be used not only as an assembly platform for ANG peptides,but also for the assembly of other brain-targeting peptides （TAT and TGN）to design brain-targeting probes. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.