中科院“百人計(jì)劃”入選者生物傳感器研究獲進(jìn)展

日期：2010-12-31 08:57:17

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和上海市科委的支持下，中科院上海應(yīng)用物理所物理生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的研究人員近日合作發(fā)展了一種基于DNA納米技術(shù)的三維DNA納米結(jié)構(gòu)探針，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一類新型的生物傳感平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基因和蛋白質(zhì)高性能檢測(cè)。相關(guān)論文以封面形式發(fā)表于材料領(lǐng)域著名雜志《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。

該項(xiàng)研究是由上海應(yīng)用物理所博士生裴昊等在樊春海研究員和亞利桑那州立大學(xué)顏顥教授的合作指導(dǎo)下完成的。研究項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人樊春海博士早年畢業(yè)于南京大學(xué)，曾在加州大學(xué)圣巴巴拉分校諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Alan J.Heeger實(shí)驗(yàn)室從事生物傳感器方面的博士后研究。2004年作為中國(guó)科學(xué)家“百人計(jì)劃”入選者，進(jìn)入中科院上海應(yīng)用物理所工作。在中科院工作的6 年里，樊春海帶領(lǐng)課題小組取得了一系列的重大成果，先后研制出一系列高靈敏度的電化學(xué)生物傳感器。

生物傳感器是一類在臨床檢測(cè)、遺傳分析、環(huán)境檢測(cè)、生物反恐和國(guó)家安全防御等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用的傳感器件。生物傳感器是基于生物分子界面識(shí)別的原理，通過(guò)將生物識(shí)別單元（如DNA或蛋白質(zhì)分子）作為“分子探針”固定在固體表面，形成一個(gè)分子識(shí)別界面。

在新研究中，研究人員將一種衍生的DNA四面體納米結(jié)構(gòu)固定在金基底上，而四面體結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)上延伸出來(lái)的一段DNA序列可以通過(guò)特定設(shè)計(jì)作為DNA分子、核酸適配體和抗體識(shí)別單元的基礎(chǔ)。在高度剛性的四面體結(jié)構(gòu)的支撐下，DNA識(shí)別序列呈高度一致的取向，并提高了表面識(shí)別的自由度。研究者進(jìn)一步證明，此新型生物分子識(shí)別界面適用于電化學(xué)、表面等離子體共振、石英晶體微天平、微懸臂梁等一系列傳感技術(shù)。這一平臺(tái)技術(shù)可能會(huì)為生物傳感領(lǐng)域打開(kāi)一個(gè)新的研究契機(jī)。

生物傳感器領(lǐng)域的一個(gè)基本問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別單元的有效固定，并且避免界面上生物分子活性的損失。傳統(tǒng)的DNA探針常用一維（單鏈DNA）或二維結(jié)構(gòu)（如發(fā)夾結(jié)構(gòu)）DNA作為識(shí)別元件，其傳感界面的均一性在制備過(guò)程中難以得到有效控制，從而影響了實(shí)際應(yīng)用中檢測(cè)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。而三維DNA探針具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和剛性，可以有效提高DNA探針在表面分布排列的均一性，并精確調(diào)控探針之間的距離，從而顯著提高了生物檢測(cè)的靈敏度和特異性。這一研究結(jié)果展示了DNA納米技術(shù)作為一種新型生物傳感平臺(tái)的巨大潛力。

DNA納米技術(shù)是近年來(lái)新興的前沿交叉領(lǐng)域，充分利用了DNA分子卓越的自組裝和識(shí)別能力實(shí)現(xiàn)精確的從底向上的納米構(gòu)筑。目前，研究者已可以將DNA自組裝成千姿百態(tài)的DNA納米結(jié)構(gòu)，而這些DNA納米結(jié)構(gòu)的潛在用途也受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。