一种光-声联合生物分子实时检测技术研究

Less Information and specificity and high cost of real-time analysis technology are not enough to study the interaction of small biomolecular or weak interaction in the field of proteome, drug screening and disease diagnosis. A high information, high sensitivity, high specificity, multi-sample and fast detection method is studied based on the combination of phase sensitive ellipsometry and piezoelectric technology in this project.Considered that ellipsometry is a phase sensitive technology, sensitivity will be extraordinarily improved by combining ellipsometry with evanescent wave. More information including mass, sticky, density, stress and viscoelasticity can be obtained by piezoelectric technology. Combined phase sensitive ellipsometry with piezoelectric technology, information and specificity of biomolecular interaction can be improved. Furthermore, the assemble, association and dissociation in the process of biomolecular interaction will be detected and analyzed in order to get the dynamic parameters including the association rate,dissociation rate and equilibrium constant based on the dynamic model of biomolecular interaction. Finally, the conditions corresponding to high sensitivity are obtained and the trace analysis from ng/ml to pg/ml is attempted.

实时检测技术应用于蛋白质组研究、药物筛选和疾病检测等领域中的小分子或弱相互作用研究时，一直受低信息量、低特异性和高检测成本的困扰。将相敏椭偏与压电传感相结合实现光-声联合生物分子实时检测，是本项目拟通过设计和实施的一种高信息量、高灵敏度、高特异性、多通道、快速检测的新方法。项目中通过构建倏逝波相敏特性椭偏，利用光波相位变化检测灵敏度比光强变化灵敏度高几个量级的优势，获得高检测灵敏度。同时结合压电传感技术可获得质量、粘度、密度、应力、粘弹性等样品参数，提高检测信息量和信号特异性。基于相敏椭偏与压电传感的光-声联合检测技术,研究生物分子相互作用动态检测方法，来实时跟踪检测分子组装、生物分子间结合、解离的整个动态过程。建立动力学模型对生物分子相互作用过程进行实时分析，以获得结合速率、解离速率和平衡常数及蛋白质分子亲合系数等动态参数。最后尝试从原ng/ml级降低至pg/ml的痕量检测。

实时检测技术应用于蛋白质组研究、药物筛选和疾病检测等领域中的小分子或弱相互作用研究时，一直受低信息量、低特异性和高检测成本的困扰。将相敏椭偏与压电传感相结合实现光-声联合生物分子实时检测，是本项目设计和实施的一种高信息量、高灵敏度、高特异性的新方法。项目中，通过重点研制光（相敏椭圆偏振）声（压电）耦合核心传感器件，同时保证稳定倏逝波生成与压电有效起振，并获取待测对象的高信息量；研究纳米结构传感基片的构建方法，获得高检测灵敏度；结合模型化分析光束从光密到光疏介质的稳定倏逝波生成条件及偏振光与介质的相互作用、在偏振光作用下引起的响应光信号幅值与相位变化的规律、光偏振态变化对测量灵敏度的影响等等，优化样机系统的参数设置；进行生物界面分子组装方法研究，提高检测的灵敏度和准确性；对完成的样机进行应用验证和动力学参数分析。.本项目已按计划完成预期研究目标。已研发光-声联合生物分子实时检测技术，并完成系统技术样机1套。利用该检测系统，配体在芯片表面上组装、缓冲液清洗、目标分子与配体相互作用以及反应结束后的缓冲液再次清洗等多过程的光-声信号（多参数信息）可被原位、同时实时检测。在获得上述检测数据基础上，结合动力学模型分析，即可进行生物分子性能评价。该方法是目前非标记检测技术中获得参数信息最多的。实时原位获取大量生物分子相互作用相关信息，这些信息能够相互补充，相互印证，为正确判定分子间相互作用的全面机制，获得相互作用背后的驱动力、驱动因素等的全面理解提供了可能。本项目中基于金纳米粒子结构表面，无需任何标记或放大方法，检测免疫球蛋白抗体浓度由原1ng/ml提升三个数量级，即检测灵敏度优于pg/ml，可实现痕量分子检测。总体上，该技术可提供高信息量，并且检测精度高、操作简单、省时、样品消耗量小，在有效降低检测成本的同时，为疾病早期诊断、药物研发、生命科学、食品安全等领域中的痕量分子或低丰度分子检测提供了准确有效的表征手段。