自成核钌配合物纳米材料电致化学发光超灵敏肿瘤标志物microRNA生物传感器研究

The luminous efficiency and immobilization of electrochemiluminescence (ECL) material limit the sensitivity and stability of ECL biosensor. In view of that, this project intends to synthesize novel ECL materials with high luminous efficiency and remarkable stability via self-nucleated procedure, using ruthenium complexes containing luminophore and coreactive group/energy donor as the precursors. Based on the proposed nanomaterials which serve as luminophores as well as the immobilized platforms, we calculate on constructing ultrasensitive microRNA (microRNA-21, microRNA-141, microRNA-147) biosensors with the aid of DNA related amplification strategy, such as strand displacement amplification (SDA), hybridization chain reaction (HCR) and target recycling induced amplification. Furthermore, we provide pharmacodynamics evaluation of antitumor drugs through detecting the content variation of microRNA in cancer cells after being stimulated with different antitumor drugs. In summary, this project concentrates on studying the design, synthesis and luminous mechanism of the self-nucleated ECL nanomaterials and researching the construction and response mechanism of microRNA biosensor. And we expect to construct a novel clinical medical examination with fast response, high sensitivity and excellent stability, thus improving the efficiency of disease diagnosis and pharmacodynamics evaluation.

发光物质的发光效率及固载制约着电致化学发光传感器的灵敏度和稳定性。鉴于此，本项目拟以同一分子内含有发光基团及其共反应基团或能量供体的钌配合物为前体，经自成核作用制备发光效率高，稳定性好的新型电致化学发光纳米材料；将该纳米材料同时作为发光体及固载基质，提高发光效率，并结合链置换扩增、杂交链式反应、目标物循环等 DNA 信号放大技术，构建超灵敏microRNA（如microRNA-21, microRNA-141及microRNA-147等）生物传感器。通过检测受不同抗肿瘤药物刺激后的恶性肿瘤细胞胞内目标microRNA的含量变化，构建抗肿瘤药物药效评价策略。本项目拟重点研究自成核电致化学发光物质的设计、合成及其发光增强作用机制，microRNA传感器的构建及响应机理等关键问题，旨在建立一种检测快速、灵敏度高、稳定性好的临床医学检验新方法，提高疾病诊断及药效评价效率。

本项目的背景：.恶性肿瘤已成为全球最主要的人类健康威胁因素之一，研究表明microRNA广泛存在于肿瘤细胞中，它们的异常表达会引起细胞的异常分化、增殖、凋亡。因此，研究高效、灵敏的针对microRNA的检测技术，可实现对肿瘤细胞状态的有效监测。.本项目的主要研究内容、重要结果及科学意义：.一、合成、制备和表征了通过自成核作用合成多种稳定、高效的电致化学发光钌配合物纳米材料，其中包括具有分子内电子高效传递特性的自增强型钌配合物纳米材料和具有分子内能量转移性能的偶联鲁米诺发光基团的钌配合物纳米材料，建立发光效率高、稳定性好的电致化学发光新体系。.二、将这种新型钌配合物纳米材料同时作为发光体和固载基质能显著提高发光物质的固载量和发光效率；结合目标物引发的链置换扩增、杂交链式反应和DNA循环等放大策略，构建超灵敏电致化学发光microRNA生物传感器，实现对肿瘤细胞中microRNA痕量检测，并建立以胞内microRNA含量变化为基础的抗肿瘤药物药效评价策略。.三、通过自成核钌配合物纳米材料合成制备、超灵敏microRNA的电致化学发光传感器的构建及其响应机制，已完成本项目研究内容和目的，并取得良好的研究成果。已在国际重要的学术期刊发表了影响因子大于5.0论文28篇，其中包括J Am Chem Soc、1篇Chem. Sci.、11篇 Anal. Chem.、4篇Chem. Commun.、2篇Biosens. Bioelectron.、4篇ACS Appl. Mater. Inter.、1篇Nanoscale、1篇J. Mater. Chem. B和3篇Sensor. Actuat. B。发表的这些论文被引用669次。培养了3名博士研究生及6名硕士研究生。