构筑超高灵敏的金纳米岛基底/分子信标微阵列芯片

As one of the frontier research areas in analytical chemistry for life science, it is pivotal to explore unique physics and biomolecular interactions at the nano-bio interface. In this proposal, we design a new platform based on microchips, which combines fluorescent enhancement by the surface plasmon resonance on the gold nano-islands and selective cleavage of molecular beacons induced by cyclic hybridization of DNA. These factors synergistically promote detection sensitivity of nucleic acids for the methodology development. Microfluidic devices will be integrated in a modular manner, in order to pre-treat cell samples, enrich nucleic acids, perform DNA hybridization and enzymatic cleavage sequentially. Fluorescent signals can be read out by scanning arrays of molecular beacons on this new integrated platform. This method is featured with ultrahigh sensitivity and high-throughput performance for detection, thus offering a new tool for tumor genetic analysis or gene expression studies at the single-cell level, and early diagnosis and monitoring therapeutic effects for cancer treatment in clinical applications.

探索在纳米材料/生物分子界面上的新颖物理效应和相互作用是纳米科学的一个基础性问题，也是近年来生命分析化学的前沿研究领域之一。本项目设计构建一种新型的芯片平台，结合了金纳米岛表面等离子共振荧光增强效应与DNA循环杂交介导的选择性酶切分子信标的作用，并且利用二者的协同从方法学的角度显著提高分析核酸物质的灵敏度。本项目集成了模块化设计的微流控芯片，以分别实现细胞样品前处理和提取富集核酸物质、以及DNA杂交和酶切实验，并通过扫描芯片的方式对分子信标探针阵列读出荧光信号。该方法具有超高灵敏性和高通量检测的特点，为在单细胞水平研究肿瘤基因和基因表达分析，以及癌症早期诊断与治疗监控等临床应用提供重要的新工具。

本项目发展了一种新型的芯片平台应用于分析检测生物分子。该平台集成了分子信标识别作用、Exo III酶切辅助的DNA循环杂交反应、和金基底SERS检测原理，可以灵活地对多种不同类型的生物分子进行高灵敏检测。基于该平台技术，本项目对特定序列的DNA生物标志物、蛋白疾病标志物、以及小分子抗生素等多种目标分子在复杂样本中实现了灵敏性高、特异性强的分析。本项目还设计研发了有自主知识产权的微流控芯片技术，对生物样本进行快速、便捷的多步骤处理；并进一步发展了高通量生成包裹单细胞的微液滴技术，可对肿瘤细胞外分泌的多种物质进行灵敏检测，提供了在单细胞水平上对肿瘤生物学进行研究的新工具。