高灵敏共轭聚合物化学传感器

金属离子和化学小分子的检测在人类健康、环境污染以及食品安全等领域具有重要意义,科学工作者们已经在设计、发展高灵敏化学传感器方面进行了大量研究。在过去的几十年里,共轭聚合物由于其卓越的光电性质,引起了人们极大的关注,并取得了众多革命性科技进展。最近,利用共轭聚合物的荧光信号放大机制,人们设计、发展了一系列新型的化学和生物传感体系。共轭聚合物的信号传感机制包括电子转移,荧光共振能量转移以及共轭聚合物聚集或构象改变。本文主要介绍我们实验室在利用共轭聚合物实现金属离子和化学小分子荧光检测方面取得的进展,并对未来发展方向与面临的挑战进行了讨论。     

A novel electrochemical aptasensor for highly sensitive detection of thrombin based on the autonomous assembly of hemin/G-quadruplex horseradish peroxidase-mimicking DNAzyme nanowires

In this work, a new signal amplified strategy was constructed based on isothermal exponential amplification reaction (EXPAR) and hybridization chain reaction (HCR) generating the hemin/G-quadruplex horseradish peroxidase-mimicking DNAzyme (HRP-mimicking DNAzyme) nanowires as signal output component for the sensitive detection of thrombin (TB). We employed EXPAR’s ultra-high amplification efficiency to produce a large amount of two hairpin helper DNAs within a minutes. And then the resultant two hairpin helper DNAs could autonomously assemble the hemin/G-quadruplex HRP-mimicking DNAzymes nanowires as the redox-active reporter units on the electrode surface via hybridization chain reaction (HCR). The hemin/G-quadruplex structures simultaneously served as electron transfer medium and electrocatalyst to amplify the signal in the presence of H₂O₂. Specifically, only when the EXPAR reaction process has occurred, the HCR could be achieved and the hemin/G-quadruplex complexes could be formed on the surface of an electrode to give a detectable signal. The proposed strategy combines the amplification power of the EXPAR, HCR, and the inherent high sensitivity of the electrochemical detection. With such design, the proposed assay showed a good linear relationship within the range of 0.1 pM–50 nM with a detection limit of 33 fM (defined as S/N = 3) for TB.     

纳米材料在蛋白磷酸化分析中的应用研究

蛋白质磷酸化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,在细胞代谢过程中发挥着重要作用。当蛋白质的正常磷酸化调节发生异常时,会导致癌症、糖尿病、心脏病等各种疾病的发生。因此,蛋白磷酸化分析对于疾病的早期快速诊断、药物筛选和治疗等方面具有重大的意义。由于蛋白质磷酸化过程是动态的,并且磷酸化肽段或蛋白在生物样品中的含量较低,因此高灵敏的蛋白磷酸化分析面临着巨大的挑战。该文依据在检测过程中,选择性识别或捕获磷酸化的肽段或蛋白的主要机理,综述了近几年纳米材料对磷酸化肽段的富集和信号放大作用在蛋白磷酸化分析中的研究进展,并对其未来研究方向进行了展望。     

聚多巴胺功能化的四氧化三钴纳米复合材料的制备及电催化性能

通过简单的自聚合反应在四氧化三钴表面包覆聚多巴胺膜,联合使用纳米铂和辣根过氧化物酶用于电催化还原过氧化氢。结果表明,聚多巴胺的使用增强后续纳米铂的负载量和辣根过氧化物酶的生物活性;四氧化三钴、纳米铂和辣根过氧化物酶的多重信号放大作用,大大增强了该复合材料的催化活性,提高了过氧化氢传感器的灵敏度。优化实验条件下,传感器对过氧化氢的检测范围为0.1~700 μmol·L^-1,检测限为0.08 μmol·L^-1。     

基于酶循环放大的DNA生物传感器用于检测食管鳞状细胞癌生物标志物蛋白PDGF-BB

食管鳞状细胞癌(ESCC)患者发病早期由于体内的肿瘤标志物种类少且含量低,难以在患病早期发现疾病从而快速反应并有效治疗.因此,找到一种合适的标志物对其进行快速高效检测是研究者亟待解决的问题.血小板衍生生长因子(PDGF-BB)在恶性肿瘤的早期诊断中具有极其重要的地位.该文基于酶循环放大荧光光谱设计了一种用于PDGF-B...     

Molecularly engineered graphene surfaces for sensing applications: A review

Graphene is scientifically and commercially important because of its unique molecular structure which is monoatomic in thickness, rigorously two-dimensional and highly conjugated. Consequently, graphene exhibits exceptional electrical, optical, thermal and mechanical properties. Herein, we critically discuss the surface modification of graphene, the specific advantages that graphene-based materials can provide over other materials in sensor research and their related chemical and electrochemical properties. Furthermore, we describe the latest developments in the use of these materials for sensing technology, including chemical sensors and biosensors and their applications in security, environmental safety and diseases detection and diagnosis.     

数字核酸扩增检测技术的研究与应用进展

近年来,微纳尺度流体控制技术由于具备实现多相、多步和平行反应的优势,已成为传统分析手段的首选的补充和替代方法.其与核酸扩增方法的完美结合,有效推动了数字核酸扩增检测(Digital nucleic acid detection,dNAD)技术的建立与发展.作为可实现单分子水平检测的分析方法,dNAD技术已成为分子诊断领域重要的组成部分.本文回顾了dNAD技术的发展历程,阐述了其检测原理,以及相比于传统方法的优势,对其最新研究与应用进展进行了综述,并对其未来的发展进行了展望.     

基于链置换循环无标记检测端立酶RNA的荧光法

以氧化石墨烯(GO)作为DNA载体和荧光猝灭剂,SYBRGreen Ⅰ(SGⅠ)为荧光信号探针,发夹核酸探针为分子识别探针,基于目标物启动的发夹核酸探针链置换循环反应,建立了一种利用荧光共振能量转移和链置换循环放大技术检测端粒酶RNA (hTR)的荧光新方法.发夹核酸探针hpDNA1和hpDNA2吸附在GO表面,嵌插在发夹DNA探针茎部的SG Ⅰ的荧光信号被GO猝灭.当人工合成的目标物(T1)存在时,T1与hpDNA1杂交打开hpDNA1的茎-环结构而引发hpDNA2与T1之间的链置换循环反应,由此累积产生大量的hpDNA1/hpDNA2杂交双链.刚性的双链DNA脱离GO表面,导致所嵌插的SG Ⅰ产生较强的荧光信号.基于荧光信号的变化,可定量检测0.2～50 nmoL/L的T1,检出限为90 pmol/L.该方法为端粒酶RNA检测提供了一种高灵敏、高特异性且无需标记的荧光新途径.     

一步法高通量可控制备生物相容水/水微囊及其响应释放

生物相容水/水微囊在药物递送、 医学治疗等领域具有重要应用. 本文通过设计同轴微流控器件, 结合数值模拟优化和流动阻力分析, 实现一步法高通量可控制备大小均匀、 尺寸可控、 壁厚可调、 生物相容的水/水微囊. 采用实验研究和数值模拟相结合的方式, 研究了微流控器件结构、 内相流速、 外相流速、 外相/空气界面张力、 内相/外相界面张力、 内相黏度和外相黏度等参数对水/水微囊直径和壁厚的调控规律. 通过微通道流动阻力分析, 设计多通道平行放大微流控器件, 实现尺寸均匀可控水/水微囊的高通量制备. 验证了生物相容水/水微囊作为活性物质的理想载体, 可以通过改变pH或溶解囊壁释放载体, 进而实现活性物质的pH响应释放, 为其实际应用奠定了基础.     

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究

针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明：根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.