炭/氧化硅纳米检测平台的构建及在核酸分子组装密度精确调控的应用

In vivo, cellular functions with high efficiency and specificity are mediated by precise distance and spatial distribution between biomolecules. From the perspective of biosensors, the precisely tunable distance between biomolecules offers an opportunity to efficiently control the packing density and molecular interaction of biomolecules on sensing interfaces, which further influences the sensitivity and specificity of biosensors. In order to precisely regulate the distance between biomolecules, this project aims to build a carbon/silica nanostructure detection platform. On one hand, the carbon/silica constitutional repeating unit is synthesized where the carbon framework encompasses the silica center leading to the discontinuous distribution of biomolecules. On the other hand, the structural parameter of repeating unit is precisely regulated, on purpose of the precisely tunable distance between biomolecules. Compared with the network self-assembled by biomolecules, on account of the smaller molecular size of carbon/silica, the accuracy of size adjustment in the silica/carbon repeating unit is＜1 nm. Furthermore, the silica/ carbon network is further applied in the precise regulation of the packing density of DNA molecules. The influence of the molecule distance on the packing efficiency of DNA probes and the hybridization efficiency between DNA probes and targets on the interface are investigated. This study will offer a precisely tunable detection platform to exactly study the interaction between biological molecules.

在生命体内，高效、特异性的生物功能是通过生物分子间精确的距离和空间分布来实现的。在生物传感领域，调节生物分子的间距能够有效控制生物分子在传感界面上的组装密度及分子间相互作用效率，并影响着生物检测的灵敏度和特异性。为了精确调控生物分子的间距及组装密度，本项目拟构建炭/氧化硅纳米网络检测平台。一方面，合成规则排列的炭骨架包围氧化硅中心的重复单元，实现生物分子在传感界面上的非连续排列；另一方面，探索精确控制重复单元结构参数的方法，实现生物分子组装密度的精确调控。与经典的生物分子自组装重复单元相比较，炭/氧化硅具有更小的分子尺寸，其形成的重复单元具有更精确的尺寸可调节精度（＜1 nm）。进一步，建立核酸分子杂交检测平台，考察在传感界面上核酸分子的间距其组装效率和杂交效率的影响规律。该研究有望为考察核酸分子及其它生物分子的空间分布对于其相互作用的影响提供一个新的检测平台。

在生命体内，高效、特异性的生物功能是通过生物分子间精确的距离和空间分布来实现的。在生物传感领域，调节生物分子的间距能够有效控制生物分子在传感界面上的组装密度及分子间相互作用效率，并影响着生物检测的灵敏度和特异性。为了精确调控生物分子的间距及组装密度，本项目构建基于规则分布多孔膜作为网络的检测平台。一方面，在孔道依次物理沉积金和氧化铟锡，利用不同官能团修饰的核酸及功能分子进行修饰，实现了核酸及功能分子在传感界面上的非连续排列；另一方面，精确调控孔道的孔径，控制孔间距及重复单元结构参数，实现生物分子组装密度的精确调控。建立核酸分子杂交检测平台，考察在传感界面上核酸分子的间距其组装效率和杂交效率的影响规律。进一步，本项目所使用的功能化纳米孔道通过近二十年发展在核酸测序、单分子检测，智能传感器及能量转化得到广泛应用。但是，目前绝大部分研究都关注于孔道内功能分子的作用，而忽略孔道外功能分子的作用。本项目中纳米孔道异质化修饰实现了孔道内功能分子和孔道外功能分子的精确空间分割。孔道内功能分子用于离子门控，孔道外功能分子（疏水分子或带电分子）阻碍干扰物质进入纳米孔道，从而降低纳米孔在复杂体系下离子门控的假阳信号，提高纳米孔检测的特异性。 该研究为考察核酸分子及其它生物分子的空间分布对于其相互作用的影响提供一个新的检测平台。