基于扫描电化学显微术/生物芯片的多目标、高通量生物传感技术的研究

The project will focus on the high-throughput biosensing technology for detecting multiple target biomoleculars based on the scanning electrochemical microscopy (SECM) and biochips. Combining SECM and biochips, the biomolecular microarrays at prepared biochips can be scanned using SECM. We will develop the smaller size and more elaborate SECM micro-nano electrodes to improve the scanning resolution of SECM. Besides, we will explore the particular SECM signal amplification methods to improve the sensitivity of biomolecular detection owing to the separation of supporter and inceptor. What’s more, we will design the appropriate density of biomolecular probes on the biochip microarrays and search the suitable methods to reduce nonspecific adsorption formed in the high-throughput detection process. After solving these key problems, it is expected to realize the parallel electrochemical detection of dozens, hundreds or even more kinds of target biomolecular on one biochip. The project will provide a new technology for rapid, sensitive, high-throughput detection of multiple target biomoleculars.

课题将研究基于扫描电化学显微术（SECM）/生物芯片的多目标、高通量生物传感技术。课题将SECM扫描检测技术与生物芯片技术结合，通过SECM对生物芯片的生物分子微阵列进行电化学扫描检测。课题通过研制尺寸更小、更为精细的SECM微纳米探针，提高SECM的扫描分辨率；通过利用SECM的探针电极的电化学信号检测与目标生物分子载体的分离特性，探索SECM特有的信号放大技术，提高对生物分子分析检测的灵敏度；通过设计生物芯片上生物探针分子合适的微阵列单位密度和寻找适宜的降低非特异性吸附方法，避免在高通量检测过程中多种生物分子间可能存在的相互干扰等。通过探索研究解决这一系列的关键问题，可望实现在一块生物芯片上对几十个、上百个甚至更多的生物分子的平行电化学检测，为生物分子快速、灵敏的多目标、高通量分析提供新技术。

课题主要研究内容为：（1）制备了系列微纳圆盘电极和双电极二种扫描电化学显微镜探针，并数学描述了电极尺寸对扫描电化学显微镜成像分辨率的影响。通过扫描电化学显微镜双电极探针，实现对通过扫描电化学显微镜定位，原位观测细胞表面的pH变化；(2) 构建了双催化信号放大的扫描电化学显微镜传感平台，检测灵敏度可达1fM，实现对四种肺癌的肿瘤标记物的同时扫描电化学显微镜检测。（3）设计了多阶跃电位法同时检测多种电活性物质的扫描电化学显微镜新技术，首次获得扣除O2后细胞表面ROS释放的信息，发现了ROS释放过程表现出一定的周期性。（4）研究了一系列电化学生物传感中的信号放大技术，利用分子印迹特异性识别作用和基于SiO2@Ag纳米粒子的信号放大策略高灵敏检测糖蛋白，基于点击化学和DNA杂交链反应发展了超灵敏的外泌体电化学传感技术。（5）首次提出具有内校准功能的全固态电位传感器，为现场同时识别多种目标物的电位传感技术发展提供了新技术。（6）通过PCR富集技术与微流控芯片电泳结合实现多种细菌高通量检测。课题共发表SCI收录论文16篇。