转基因Bt蛋白纳米抗体/功能石墨相氮化碳基光电化学免疫传感平台构建及应用研究

Developing detection technology of Bacillus thuringiensis (Bt) proteins is of great significance to advance transgenic technology, supervise the safety of genetically modified agricultural products, and maintain social stability. This research project is proposed to construct a nanobodies-based photoelectrochemical immunosensor platform for detecting Bt proteins. Firstly, some kinds of the common Bt proteins nanobodies will be expressed and purified after library construction. The project explores the epitope peptide and interaction mechanism between the nanobodies and antigen, and investigates the influence of physical environment on affinity and stability of nanobodies. Then, the obtained nanobodies with specific recognition of Bt proteins will be assembled onto the non-metal elements doped g-C3N4 with high-efficiency photoelectrochemical performance for the fabrication of Bt proteins immunosensor. Electron transfer and mass migration between biological sensitive interface and biomolecules will be studied by spectroscopic and electrochemical methods. The relationship between the structural features of the prepared sensing interface and sensing performance will be established. The research results will contribute to the theoretical and experiment basis for the design and fabrication of high efficiency and stability nanobodies-based biosensors.

发展灵敏、可靠、快捷的转基因苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫蛋白检测技术，对推进转基因技术发展、保障转基因农产品安全监管和维护社会稳定等均具有极其重要的意义。本项目拟利用噬菌体展示技术，建立识别转基因Bt蛋白的纳米抗体筛选方法，表达得到稳定性高、特异性强的纳米抗体，并揭示抗原-抗体之间的亲和作用机制以及外界环境对抗体稳定性的影响规律；将所筛选的纳米抗体作为生物识别元件，通过多种固定化技术，将其与热聚合法制得的、具有优异光电性能的非金属掺杂石墨相氮化碳功能纳米材料结合，构筑光电化学纳米抗体传感平台。通过揭示抗体与界面的相互作用对免疫识别能力的影响规律、生物分子与功能界面之间的电荷传输和物质迁移规律及传感界面光电信号增强/抑制机制，发展新型光电化学纳米抗体传感技术，用于转基因Bt蛋白的检测及辨别转基因农产品。项目实施为发展基于纳米抗体分子识别原理的传感研究提供理论依据和实验支持，具有较高的研究意义。

由于优异的化学稳定性和独特的电子能带结构，石墨相氮化碳作为一种廉价、稳定的光电活性材料在光电化学传感领域具有潜在的应用前景。本研究针对光电化学（PEC）传感分析中体相氮化碳所存在的光电转换效率低、光利用率低等问题所导致的检测灵敏度低、稳定性差及线性范围不宽等问题开展研究。探讨修饰电极制备，功能氮化碳及复合材料合成，光电材料电子结构调控，分子的光电化学催化氧化过程和电子转移机理，以及电极界面的构筑等关键科学问题。进行了如下内容：1、利用氧化物纳米晶与二维氮化碳构建异质结构，系统研究了其光电化学性能，评价了体系的分析检测性能，探讨了其在环境、生命分析中的应用可行性；2、研究了金属修饰氮化碳材料的光电化学性质，探讨了光电化学响应机制，提出协同作用机理，并完成了光电化学检测性能研究；3、设计制备了富碳超薄氮化碳，其独特的电子结构拓宽了所制备材料的吸光范围，减小其带隙，增强对光的捕获能力，从而提高光电性能，发展了高性能光电化学传感器。上述工作取得了预期的研究结果，基本完成了预期的考核指标，同时拓展了研究范围，并取得了有益的结果。所研究的材料及分析检测方法可望成功应用于环境及食品安全分析、生物检测领域中，将在临床诊断、生物医学研究及环境食品安全分析中具有广阔的前景。