基于电化学和光谱技术的多维生物传感检测平台

This project intends to integrate a variety of bio-sensing mechanism on single interface, through the symbiosis of different bio-recognition routes such as enzyme/substrate, immune, donor/receptor or aptamer etc, to develop a pluripotent sensing matrix. Together with different transducing mechanism (including chemical, electrochemical, optical, localized surface plasmon resonance, etc.), to achieve effective integration on technical dimension, build bio-sensing channels for multi-target. Considering to restrain or eliminate the possible interference, the modulation on spatial and temporal dimension are proposed. With this technical/spatial/temporal multi-dimension integration, we will create a new kind of multicomponent analysis methodology which possessed both high time efficiency, anti-interference and the most advantaged signal output, but on the premise of not implement the separation, to quickly realize the quasi synchronous bio-sensing output, compared to those traditional bio-sensor, separation, arrayed chip or their combination. For clinical indexes of diabetes examination including blood sugar, glycosylated hemoglobin and glycosylated albumin, insulin/c-peptide, ketone body (beta-hydroxybutyric acid), 1, 5 - dehydrate glucitol, beta-trophin, genes and so on, the study will provide a new approach for research.

本研究拟集成多种生物传感机理于同一传感界面，通过将不同的识别机理如酶/底物、免疫、给体/受体、适配体等共栖，实现传感界面的多能化，以不同的换能机理（包括化学、电化学、光学、局域表面等离子共振等），实现在技术维度上的有效集合，构建多靶标的生物传感信道，考虑可能存在的干扰，利用空间和时间维度上的调制加以抑制或消除，该技术/空间/时间多维度集成的技术平台，可在不实施分离的前提下快速实现多靶标的准同步生物传感输出，相对于传统生物传感、分离、阵列芯片技术或相互之间的联用，该新颖的多维生物传感集成平台将开创一种全新的多组分分析模式，既有极高的时间效率，同时在最大限度上消除彼此干扰并保持最优势的信号输出能力。将针对糖尿病临床检测指标包括血糖、糖化血红蛋白、糖化血清蛋白、胰岛素/C肽、酮体（beta-羟丁酸）、1,5-脱水葡萄糖醇、beta-trophin、基因等展开研究，为糖尿病研究提供新手段。

合成了多种（复合）纳米材料并应用于生物传感分析，其中包括：金属纳米材料（Au、Pt），合金纳米材料（AuCo、AuAg），复合纳米材料（TiO2基、MOFs基、Fe3O4基），介孔硅基材料等，为电化学、ECL传感提供增强的输出信号，并作为生物识别单元的负载基底。采用了多样化的生物传感策略，包括酶、免疫、适配体、基因、蛋白质、细胞等生物质作为特异性识别单元构建传感器，极大丰富了传感识别机制，由于这些生物识别机制在传感过程中均具有高的特异性，保证了在传感器在产生响应同时具有好的抗干扰性能，从而保证多维检测的可行性。筛选了多个与临床相关的多维传感目标，包括糖尿病相关、心血管病相关、神经退行性病变相关及细胞代谢相关的多目标检测。这些都是成年人多发慢性病，其病因复杂，病程中涉及的变化因素很多，所以是多参数同步检测的理想目标，与糖尿病相关的包括血糖/糖化血红蛋白、胰岛素/C肽、beta-Trophin/GADA/ GLP-1/PDD-IV及抑制剂、遗传基因等；与心血管病相关的则有C反应蛋白（CRP）/肌红蛋白/肌钙蛋白/脂蛋白/脑钠肽等；与神经退行性病变相关生物标志物的研究则更有价值，因为近一个世纪以来人类对这些疾病的认识尚未达到理想程度，因此，我们提供更灵敏和准确的多指标检测技术，对此类疾病研究可能会提供一定帮助，目前已进行研究的传感目标包括GSK-3β/α-Synuclein Oligomer/β-Amyloid Oligomer(Monomer)/5-HT等，与此相关的还包括对神经系统具有损伤的吸毒人员体内毒品检测，包括吸食历史检测和成瘾性检测。另外还进行了细胞氧代谢检测及药物干预调控的研究，因为细胞氧代谢和人的健康之间有密切关系，人体的免疫功能、肿瘤的发生以及衰老死亡均与其密切相关，我们构建的技术平台为细胞氧代谢研究提供了一条新的路径，上述研究共发表论文15篇。实现了多维传感检测的硬件与软件，以伏安/计时电流/电化学阻抗/电化学发光/荧光等技术的组合实现多维检测。研究中已经完成了电化学（包括电流检测、阻抗检测等）/电化学发光组合技术装备的研发，设计完成了两款设备（包括硬件、软件）并申请专利。