基于表面等离子共振成像阵列式芯片快速检测毒品的关键技术研究

By studying the surface modification of functional materials and molecular space dynamics, this project has solved the problem of non-specific adsorption on the surface of the chip and solved the scientific problems of the sensing chip's specific recognition of small molecules.Through the application of antifouling technology to the array sensor surface and to gold nanoparticles modified with nucleic acid aptamers and antibodies, there will be a reduction in non-specific adsorption. This will enhance the recognition of the analyte (drug) by the Surface Plasmon Resonance imaging sensor (SPRi) to ensure rapid detection of drugs. This research design has rarely been reported both, at home and abroad, so this is a new kind of drug detection method. The project will explore sensor designs using conjugates of morphine, cocaine and methamphetamine immobilized on a gold sensor chip coated with a film preventing non-specific adsorption and its performance will be characterized using SPRi. We plan to develop a set of economic and sensitive drug recognition chips to be used with the SPR sensor for rapid drug detection and quantification of 20 drugs including morphine, codeine and methamphetamine etc. in human blood, urine and saliva. The drug recognition chip should achieve a detection sensitivity of 10-8mol·L-1 with greater than 99% accuracy. The present research topic proposes solutions to existing problems in forensic toxicology such as complex pretreatment and testing, long inspection cycles and lack of rapid on-site detection. Developing rapid drug sensors is one way to crack down on drug crimes in order to maintain social stability, whose high value cannot be underestimated.

本项目通过研究功能材料表面改性和分子空间动力学，攻克芯片表面非特异性吸附难题，解决传感芯片对小分子特异性识别的科学问题。把核酸适体技术与纳米金粒子增强技术结合，改进表面等离子体共振成像传感芯片的选择性和灵敏性，并通过表面等离子共振成像检测技术进行表征研究，实现对多种毒品的一站式现场快速定量检测。目前国内外鲜见这方面研究的相关报道,因此是一种全新的毒品检测方法。阵列式传感芯片识别系统可直接对人体血液、尿液和唾液中吗啡、可待因、甲基苯丙胺等20种常见毒品进行快速定量检验。芯片的检测灵敏度达到10*-8mol·L-1，准确率达到99%以上。此课题的研究成果将解决法医毒物分析中存在的前处理繁杂、排查难、检验周期长、缺乏毒品现场快速检测方法等难题,为早日实现毒品现场快速检测奠定基础，对于以快制胜和严厉打击毒品犯罪, 维护社会长治久安,有着不可低估的社会效益和重要价值。

把表面改性阻抗非特异性吸附技术与纳米金粒子增强和核酸适配体识别技术结合，应用到表面等离子体共振（SPR）传感芯片实现对毒品的现场快速检测。采用表面接枝的方法合成吗啡、可卡因、甲基苯丙胺等毒品聚合物敏感芯片，通过表面等离子共振检测技术进行表征研究，实现对人体血液、尿液和唾液中吗啡、可待因、甲基苯丙胺等常见毒品的快速定量检验，毒品传感芯片的检测灵敏度达到10-8mol·L-1，准确率达到99%以上。改进表面等离子共振检测仪并实现便携微型化，研究出一套简便精准的毒品芯片快速识别系统，为早日实现毒品的现场检测奠定基础。.主要研究内容包括四个方面：一是纳米金增强技术；制备不同尺寸的金纳米粒子，通过自组装合成毒品适配体和纳米金粒子复合物。二是表面阻抗非特异性吸附；对于五种常见的阻抗非特异性吸附技术，包括氨基酸单体、肽链和拟肽、寡甘醇单烷基醚和聚乙烯氧化物/乙二醇结构进行了筛选和确证。三是核酸适配体识别技术；采用芯片表面接枝的方法制备吗啡、可卡因、甲基苯丙胺等毒品的传感基膜，把游离态的毒品适配子和纳米金微球固定到基膜上。四是芯片技术：利用表面等离子共振技术卓越的分子识别功能，研究了芯片的吸附效率和洗脱效率。.吗啡、可卡因和甲基苯丙胺的最低检出限达到 7 ng/mL，优于大型实验室检测设备的检测数据，达到国际领先水平。采用Logistic三种数学模型进行数据拟合，在17.92 ng/mL到33.81 ng/mL的范围内能实现了毒品的定量分析。与3,4－亚甲基二氧甲基苯丙胺、氯胺酮、咖啡因混合通过芯片表面，芯片上各对应点各自响应，互不干扰，证明了芯片能实现一站式特异性筛选，可以用于毒品的快速筛查。这一技术亦可以推广至食品安全、环境监测和医疗监测等各个领域。此课题的研究成果将解决毒品分析中存在的前处理繁杂、排查难、检验周期长、缺乏现场快速检测方法等难题,为早日实现毒品现场快速检测奠定基础，对于以快制胜和严厉打击毒品犯罪, 维护社会长治久安,有着不可低估的社会效益和重要价值。