基于DNAzyme多级循环信号放大的QCM传感器用于水体中Hg2+检测的研究

Global mercury pollution has been a focus in recent years. High sensitive and specific detection of mercury ion (Hg2+) in water is of great importance to human health and environmental protection. Recently, DNAzyme has drawn more and more attentions due to its high stability, easy of modification and the feasibility of artificial synthesis in large quantities. However, the existing Hg2+ detection methods based on DNAzyme have the problems of difficulty of preparation, low catalytic activity and poor specificity, which mainly through colorimetric, fluorescent or electrochemical assays. In this project, we plan to construct a Hg2+ detection system with high catalytic activity and specificity through simply introducing T-T mismatches into the substrate binding arm of the widely employed 17E DNAzyme. In combination with the real-time and label-free quartz crystal microbalance (QCM) technology, a multiple cyclic amplification-integrated QCM sensor based on DNAzyme for detection of Hg2+ in water with high sensitivity and specificity will be developed by modification of the ceiling of the flow chamber and sensor surface with DNAzyme-based probe for multiple cyclic amplification of the signal.

全球性汞污染问题一直是近几年备受关注的热点，高灵敏和高特异性地检测水体中的汞离子（Hg2+）对人类健康和环境保护均具有非常重要的意义。近年来脱氧核酶（DNAzyme）以其高稳定性、可人工大量合成、易修饰等特点日益受到人们的关注。然而目前基于DNAzyme的Hg2+检测方法存在着制备困难、催化活性低、特异性差等问题，且主要通过比色、荧光或电化学等方法检测。本项目拟使用催化活性较高且被广泛应用的17E DNAzyme，通过在其与底物链的结合臂中引入T-T错配碱基作为Hg2+识别位点，构建高催化活性、高特异性的Hg2+检测体系；并结合实时、无标记检测的石英晶体微天平（QCM）技术，通过分别在QCM流动池顶部和芯片表面修饰基于DNAzyme的功能核酸探针，实现对Hg2+检测信号的多级循环放大，建立一种基于DNAzyme多级循环信号放大的QCM传感器用于水体中Hg2+的高灵敏、高特异性检测的新方法。

本项目使用催化活性较高且被广泛应用的17E DNAzyme，通过在其与底物链的结合臂中引入T-T错配碱基作为Hg2+识别位点，构建高催化活性、高特异性的Hg2+检测体系；并结合实时、无标记检测的石英晶体微天平（QCM）技术，建立一种基于DNAzyme多级循环信号放大的QCM传感器用于水体中Hg2+的高灵敏、高特异性检测的新方法。本项目对基于17E DNAzyme的Hg2+检测体系进行了初步构建，设计并合成了具有9+9个碱基结合臂的17E DNAzyme及其底物链，并在其结合臂上分别引入T-T错配碱基作为Hg2+识别位点，实现Hg2+对其剪切活性的调控。并对QCM芯片及流通池的修饰方法进行了进一步的研究，在QCM芯片表面修饰方面取得了重要进展。基于QCM的细胞芯片技术是研究分子与细胞相互作用以及细胞表面糖基化的一种重要工具，该技术的一个首要难题就是需要把细胞稳定地固定到芯片表面上。对于贴壁细胞，通常可以利用其贴壁生长的特性使其粘附到芯片表面。然而对于悬浮细胞，由于其悬浮生长的特性，将其直接固定到芯片表面困难较大。聚多巴胺（PDA）已被广泛应用于多种材料表面的功能化及修饰，目前已有多篇文章报道PDA能够促进贴壁细胞的粘附，然而对于悬浮细胞能否在PDA表面粘附还未有报道。受贻贝粘附蛋白的启发，我们对悬浮细胞在PDA表面的粘附性能进行了深入研究，并首次成功地将悬浮细胞直接粘附到PDA表面，为悬浮细胞的固定提供了一种新方法。利用该方法，我们制备了一种基于PDA的悬浮细胞QCM芯片，该芯片制备方法简单高效、且可重复使用，可用于实时、无标记地检测生物分子与细胞的相互作用，为研究悬浮细胞表面的糖基化及其表面复杂的分子相互作用提供了一种新方法。