纳米生物传感新策略

鞠熀先

(南京大学生命分析化学教育部重点实验室,江苏南京210093）

近年来，纳米生物传感已得到纳米、生物医学与化学领域的广泛关注，成为分析化学发展的主要研究方向。这里主要介绍该文研究组在纳米生物传感方面的研究工作。

1 高灵敏检测方法与量子点电致发光生物传感

构建了一种量子点双重信号放大探针，可在宽线性范围检测低至亚飞摩尔DNA的杂交行为;通过量子点标记分子信标与石墨烯间的能量转移,提出了可识别单、三碱基错配的DNA荧光检测方法 （该工作发表1年来被包括Nat.Chem.,Chem.Soc.Rev.,Angew.Chem.等SCI他引27次）;设计了一端连有生物素，一端连接巯基的DNA，并结合碳管上的streptavidin-HRP复合物对过氧化氢的催化信号放大作用，发展了一种快速、灵敏、高选择性的DNA埃摩尔电化学方法检测方法。利用Hg2+(T)与胸腺嘧啶的相互作用，发展了一种可调控分子信标的扫描比色检测DNA方法。利用滚环扩增与量子点标记DNA探针或核酸适体的结合,提出了蛋白质的极高灵敏电化学与扫描灰度分析方法。利用基质金属蛋白酶对底物的识别能力和水解活性，设计了肽功能化的金纳米粒子和NTA修饰的芯片，建立了基质金属蛋白酶活性的超灵敏扫描可视检测方法。制得CdSe量子点-氮掺杂碳纳米管复合物和表面缺陷的CdSe量子点,分别构建了ECL增强的过氧化氢传感器、低电位ECL检测的铜离子与生物传感器。

2 免疫分析新方法

提出了电场驱动的电化学快速免疫分析方法;设计了一种用于标记信号抗体的葡萄糖氧化酶功能化纳米复合物探针和电化学金纳米探针,实现了对肿瘤标志物的高灵敏、多通道检测（该论文发表1年多来被SCI刊物他引33次）；将微囊藻毒素直接共价键合到碳纳米角的大量含氧尖端上，实现了对微囊藻毒素的高灵敏的快速检测；提出了一种在氮掺杂碳纳米管表面原位合成金纳米粒子的方法，结合竞争免疫分析原理，构建了微囊藻免疫传感器，为小分子抗原检测提供了新思路。基于金纳米粒子及碱性磷酸酶反应催化银沉积，提出了的高灵敏多通道电化学溶出免疫分析方法，可在超过4个数量级的较宽线性范围内实现对两种蛋白的多通道检测。设计了一种链霉亲和素功能化碳纳米管/银纳米粒子示踪物，实现了对肿瘤标志物的高灵敏多通道检测,检测限可达0.061 pg/mL。设计了一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管，用于抗体标记，通过检测免疫复合物上的钯纳米粒子修饰碳纳米管对氧气的电催化还原，实现对抗原的检测。将量子点ECL引入免疫分析,利用表面缺陷的CdSe量子点发展了低电位ECL免疫分析方法。通过抗体和巯基修饰的G-四链体DNA自组装在金纳米粒子上制备了一种hemin生物条形码纳米粒子标记的抗体,基于生物条形码探针的电催化还原ECL共反应剂氧气导致ECL强度下降，发展了一种超灵敏的免疫分析方法。

3 生物纳米新技术与生物分析应用

基于单壁碳纳米管、碳纳米角、氮掺杂的碳纳米管、石墨烯与卟啉分子间的作用，制备了五种新型复合材料，对溶解氧、NO、三氯乙酸、氯霉素、亚氯酸根还原与亚硫酸根氧化表现很好的电催化活性，研制成相应的生物传感器。用聚吡咯接枝共聚物对石墨烯进行功能化，修饰在电极表面与黄嘌呤氧化酶的酶催化反应结合，构建了次黄嘌呤生物传感器。用葡萄糖氧化酶功能化氮掺杂碳纳米管和铂纳米粒子修改的碳纳米花构建了葡萄糖传感器。制得卟啉功能化的二氧化钛与氧化锌纳米粒子，并在ITO表面构建了低电位下灵敏的光电化学传感器，开辟了构建光电化学生物传感器的新途径。构建了聚乙烯亚胺包裹石墨烯纳米带复合纳米材料，作为有效的基因载体，能够保护锁核酸修饰的分子信标探针免于核酸酶和单链结合蛋白的干扰，并能原位识别胞内的miRNA。

4 细胞表面糖基特异性检测新方法与动态监测

分别用RGDS四肽功能化碳纳米管和凝集素功能化量子点,发展了细胞表面甘露糖基的原位电化学定量检测方法。构建了凝集素-HRP双修饰金纳米探针，凝集素-二茂铁电活性探针和凝集素-碳纳米角,分别用于电化学监测细胞在药物作用下的糖基动态表达变化。研制成一种一次性的细胞传感器阵列，用于细胞表面多组分聚糖的同时检测与细胞表面多种聚糖的动态监测,利用凝集素-量子点/壳聚糖-纳米金复合膜和糖基-量子点/PDDA-碳纳米管提出了两种细胞表面聚糖检测和动态监测的ECL检测方法。基于功能化量子点与细胞表面聚糖和糖纳米粒子之间的多元特异性结合特性以及镉离子引发Rhod-5N荧光增强技术，发展双重信号放大策略，构建原位、高灵敏、高选择性检测活细胞表面糖基的方法，并用于检测细胞表面唾液酸残基的动态表达。用构建的量子点-凝集素探针，发展了细胞表面糖基的表达量和动态变化检测的荧光分析方法；利用细胞对凝集素诱导糖金纳米粒子聚集过程的抑制作用，结合点板实验和银增强，发展了免标记、无需样品预处理的扫描灰度法,并通过对不同固体表面糖基表达信息的选择性转移，基于纳米金的银沉积技术，发展了糖基表达的可视化检测方法,用于细胞表面糖基的定量检测。

纳米材料;仿生功能化;生物传感;电致化学发光;电化学;荧光分析;扫描灰度法;图像分析;量子点;碳纳米材料;能量转移;免疫分析;DNA杂交分析;手性分离;细胞表面糖基;分子印迹;分子适体;微囊藻毒素;肿瘤标志物