基于三维功能核酸超分子的新型微流控纸分析器件及其对水体典型内分泌干扰物和致病菌的高灵敏高选择性检测研究

The development of microfluidic paper-based analytical devices (uPADs) and functional nucleic acids (FNAs) provide new opportunities for the design of novel biosensors. The key to improve the performance of uPADs is to effectively immobilize the FNAs. Traditional 1D or 2D FNAs are used as recognition elements to construct the heterogeneous sensing interface, which always results in the poor selectivity and sensitivity, thus inhibiting the application of uPADs in environmental analysis. We propose the concept of 3D supramolecular FNAs, which possess the unique structure and adsorption ability on paper. We devote to preparing novel 3D supramolecular FNAs-based uPADs in realizing highly selective, highly sensitive, rapid and accurate analysis of 17β-estradiol and E. coli in water environment. The main research includes the adsorption, assembly and recognition of 3D supramolecular FNAs on paper, and illustrates the relationship between the surface behavior of 3D supramolecular FNA and the performance of uPADs. This study will provide new method to prepare high performance of functional uPADs, and further facilitate their applications in environmental analysis.

日益发展的微流控纸芯片分析技术和功能核酸技术为生物传感器的发展提供了新的思路，实现功能核酸分子在纸基体表面的有效固定是提高微流控纸分析器件检测性能的关键。传统方法常用一维或二维结构的功能核酸分子作为识别元件，其传感界面的均一性难以得到有效控制，最终导致传感器件的选择性和灵敏性较差，大大限制了其在环境分析中的应用。本项目提出采用三维结构的功能核酸超分子作为识别元件，利用其独特的结构特性和在纸基体的自发吸附特性，旨在制备有利于发生分子识别的传感界面，从而提供微流控纸分析器件的性能，实现水体中典型内分泌干扰物17β-雌二醇和致病菌大肠杆菌的高选择性、高灵敏型、快速和准确定量检测。重点研究功能核酸超分子在纸基体表面的吸附、组装和识别等基本物理化学过程，建立功能核酸超分子界面组装与传感检测性能之间的关系。本研究为发展高效的微流控纸分析器件表面功能化提供新的思路，并促进其在环境分析中的应用。

日益发展的微流控纸芯片分析技术和功能核酸技术为生物传感器的发展提供了新的思路，实现功能核酸分子在纸基体表面的有效固定是提高微流控纸分析器件检测性能的关键。本项目提出采用三维结构的功能核酸超分子作为识别元件，利用其独特的结构特性和在纸基体的自发吸附特性，旨在制备有利于发生分子识别的传感界面，从而提高微流控纸分析器件的性能，实现水体中典型有机污染物和致病菌的高选择性、高灵敏型、快速和准确定量检测。重点研究功能核酸分子筛选和序列优化；功能核酸超分子的制备、表征、识别性能和影响因素及规律；功能核酸超分子在纸基体表面的吸附、组装和识别等；功能核酸超分子-微流控纸分析器件的制备、检测性能、影响因素等。在项目资助下，在以下方面取得重要进展：新型功能核酸筛选方法；功能核酸超分子-纸芯片制备和应用；功能核酸超分子-微流控纸分析器件制备和应用，相关成果发表SCI论文7篇，申请专利2项，其中Angewandte Chemie 3篇，1篇被遴选为热点文章和封底论文，培养研究生4名。本项目为发展高效的微流控纸分析器件表面功能化提供新的思路，并促进其在环境分析中的应用。