寡核苷酸分子/石墨烯界面作用机制研究及功能传感器件设计

生物分子和纳米材料组装的功能传感器件的研究和应用越来越引起关注，但生物/纳米界面相互作用的定量研究数据缺乏，阻碍了功能器件的理性设计及精确控制。本项目组前期工作中完成了多种功能传感器件的研制，在研究寡核苷酸分子-氧化石墨烯杂合体器件设计时发现，适配子和其靶分子的结合能及适配子在石墨烯界面自组装结合能的大小与靶标分子诱导适配子的自组装及释放效率有关，不同适配子组装的传感器件性能差异很大。本研究拟针对寡核苷酸分子在氧化石墨烯界面的非共价自组装及可控释放行为，定量研究杂合体形成及其与靶标分子相互作用的动力学和热力学特征，计算石墨烯和不同长度序列寡核苷酸的结合和解离常数，建立石墨烯-核酸-靶标分子相互竞争作用模型，提出寡核苷酸自组装及靶标分子诱导解离调控策略，为定量设计和精确控制不同功能的生物纳米器件提供理论基础。并且基于此模型数据，设计一种实现多种靶标蛋白的高灵敏快速检测的生物纳米传感器件。

利用石墨烯界面功能核酸自组装及广谱荧光淬灭性能，设计了通用多功能纳米分子信标探针，具有靶分子诱导变构效应及可控解组装特点，突破了分子信标探针仅限于核酸检测及径环设计的局限性，不同波长荧光标记可实现同时高灵敏快速检测多种不同类型的靶标分子，如金属离子，核酸，蛋白质及小分子等；研究了石墨烯界面多肽自组装弱键相互作用及氨基酸构成的影响，首次利用多肽作为石墨烯组装器件的基元分子设计了蛋白酶分析荧光生物传感器；完成了基于石墨烯-DNA相互作用的荧光逻辑门构建及碘离子检测方法。同时建立了多种纳米粒子强化及酶催化信号放大的（小分子，DNA，miRNA）高灵敏检测方法。项目按计划实施，取得预期成果。.项目实施以来已发表项目标注SCI论文32篇，包括J Am Chem Soc (1篇)，Anal Chem (6篇)，Chem Commum (10篇)，Chem Eur J (2篇)和Biosens and Bioelectron (4篇)等；其中石墨烯多元分子信标设计及石墨烯多肽传感器论文分别入选ESI高引论文。撰写英文著作1本(Nano-Bio Probe Design and Its Application for Biochemical Analysis. ISBN 978-3-642-29542-3. Springer, 2012)。已申请中国发明专利3项，PCT专利1项。