微芯片非标记分子成像方法及应用研究

Nucleic acid amplification and hybrid and protein immunological reaction are the most important methods to detect molecules interaction on life science and medicine. The existing detecting methods are not so perfect: relies on the fluorescent labels for signal detection, which involve very complicated steps and have negative effects on the molecular activity; SPR method uses expensive gold-gilded chip and complicated instruments. So, it is very important to develop a novel label-free detecting method for the molecules interaction. This project will explore a microchip molecular imaging in label free. By designing an interference-based color-coded microchip and developing a white-light interference spectrum scanning and reconstruction technique, a direct label-free detection of nucleic acid or protein molecule’s specific binding will be realized. This method can reach a dynamic range of 0 - 4500 nm with a coding capacity over 400, and a thickness-resolution of about 1 nm, which makes it possible to detect a single-molecule layer binding. This method also can cut down the reaction time and simplify the structure and operational procedure for the system, making it a suitable tool for high-throughput label-free nucleic acid and protein detection used in life science and medical researches and drug screen.

核酸扩增杂交和蛋白分子免疫结合是生物医学领域非常重要的分子作用分析方法，流行的分析手段主要依赖荧光标记来进行这两类分子特异性结合的信号检测，不仅操作步骤多，而且对核酸蛋白分子结合过程和保持生物活性均存在较大的影响，SPR方法使用镀金芯片耗材昂贵且检测系统复杂，因此，非常有必要发展新的核酸蛋白分子非标记检测方法。本项目探索一种微芯片非标记分子成像方法，通过设计一种干涉型颜色编码微芯片和发展白光干涉光谱扫描重建技术，实现核酸蛋白分子特异性结合的非标记直接测量。该方法不仅具有0-4500nm的宽动态测量范围、1nm左右分辨率的单分子层厚度测量精度、400种以上的编码容量和高效的分子结合缩短反应时间等优点，而且系统装置结构简单、操作使用方便，可以满足生命科学、医学前沿基础科研和药物筛选等领域高通量核酸蛋白分子特异结合的非标记检测使用要求。

核酸扩增杂交和蛋白分子免疫结合是生物医学领域非常重要的分子作用分析方法，流行的分析手段主要依赖荧光标记来进行这两类分子特异性结合的信号检测，不仅操作步骤多，而且对核酸蛋白分子结合过程和保持生物活性均存在较大的影响，SPR方法使用镀金芯片耗材昂贵且检测系统复杂，因此，非常有必要发展新的核酸蛋白分子非标记检测方法。. 本项目探索一种微芯片非标记分子成像方法，通过设计一种干涉型颜色编码微芯片和发展白光干涉光谱扫描重建技术，不仅顺利完成了项目任务书实现核酸蛋白分子特异性结合的非标记直接测量的目标，而且还结合多种生物医学实际应用需要，新增研究实现了肺癌特异基因单碱基位点突变、活细胞定量断层成像和活细胞内折射率分布的非标记超分辨原位测量。该方法不仅具有0-4500nm的宽动态测量范围、1nm左右分辨率的单分子层厚度测量精度、400种以上的编码容量和高效的分子结合缩短反应时间等优点，而且系统装置结构简单、操作使用方便，可以满足生命科学、医学前沿基础科研和药物筛选等领域高通量核酸蛋白分子特异结合的非标记检测使用要求。. 本项目取得的其他研究成果：申请发明专利4项，获得发明专利授权3项；发表SCI、EI论文11篇，参与出版专著1部；培养10名研究生，毕业博士研究生1名、硕士研究生4名，培养专业人才晋升高级职称3人；获得北京发明创新大赛金奖1项、北京市科学技术奖二等奖1项、教育部科技进步二等奖1项和中国生物工程学会黄家驷生物医学工程奖二等奖1项。