[01120021]基于氧化石墨烯的光寻址电位传感器检测支原体的研究

本研究初步建立了基于纳米材料氧化石墨烯的光寻址电位传感器,结合等温扩增技术检测以支原体（解脲脲原体、人型支原体、生殖支原体）为代表的临床感染性病原体。该法尤其适用于以煮沸法为代表的DNA粗提样本的检测,具有发展成为高通量检测系统的潜力,易于实现临床检测的自动化,可为感染性病原体的床旁检测开拓新的思路,最终为辅助医疗诊断提供有价值的参考信息。 1、课题来源与背景 本项目得到天津市高等学校科技发展基金计划项目资助,项目编号20140124。 性传播疾病是全球最常见的公共卫生问题之一,且发病率呈逐年上升的趋势。1991-2001年我国性病流行病学分析报告显示,非淋球菌性尿道炎（NGU）的病例报告位居STD首位,其发病率为20.04/10万,年均增长43.84%。解脲脲原体（UU）、人型支原体（MH）和生殖支原体（MG）是引起NGU的主要病原体。在欧美国家,NGU感染已居性传播疾病之首。我国发病率NGU发病率也不断增加,越来越受到人们的重视。支原体感染泌尿生殖道后能引起尿道炎、慢性前列腺炎、急性输卵管炎、子宫内膜炎等疾病,甚至导致习惯性流产和死胎。因此,在特定地区、对特定人群泌尿生殖道支原体感染情况进行持续监测对于该性传播疾病的防治具有重要意义。 2、技术原理及性能指标 随着分子生物学、基因工程等新兴技术的飞速发展,传统检测方法已不能满足支原体分析测试的需要,因此诸多交叉学科的分析手段在生命科学领域的应用便引起了广泛关注。有研究报道,感染性病原体检测的常用手段为PCR、培养法、ELISA、生物传感器和电泳,其中生物传感器是发展速度最快的病原体检测技术。上世纪80年代末,美国加州分子器件公司发明了一种基于半导体敏感器件的光寻址电位传感器（Light addressable potentiometric sensor, LAPS）,它是一种将生物化学反应和传感器技术有机地结合起来,用以检测和识别生物化学成分及浓度的传感器。LAPS 工作的基本原理为内光电效应,当半导体受到特定波长的调制光源照射时会吸收光子,然后发生电子从禁带到导带的跃迁,也就是产生了电子空穴对（载流子）。 生物传感器LAPS具有发展成为DNA芯片研究的技术优势和广泛的医学应用前景,但LAPS测控系统用于支原体的检测在国内外未见报道。其中一个重要原因就是LAPS检测基于非标记抗原抗体结合产生的膜电位变化,这就限制了该法的灵敏度,因此对LAPS进行表面修饰以提高待检分子捕获和电信号传导效率是病原体检测的关键所在。在过去的几年里,纳米材料由于其独特的理化性质,在DNA生物传感器应用上已经受到越来越多的关注。。2004年,英国Manchester大学的Novoselov等在Science上报道了单层石墨烯的发现,石墨烯研究热潮的序幕就此拉开。石墨烯是继富勒烯、碳纳米管之后碳纳米材料研究领域又一里程碑式的重大科学发现,在2009年被Science杂志评选为十大科学进展之一,受到了研究者的广泛关注。将其运用于修饰电极或者生物芯片,能够有助于生物分子的固定,还能通过宏观量子隧道效应促进生物分子与电极或芯片表面的电子传递,提高生物传感器的灵敏度和稳定性,被认为是一种很有前景的生物传感器材料,已被广泛应用于生物分析领域。据此,本研究拟开发一种基于石墨烯修饰的DNA芯片,联合生物传感器LAPS检测常见支原体的检测。 3、技术的创造性与先进性 本研究开发了一种基于纳米材料羧基化GO修饰的DNA芯片,联合生物传感器LAPS用于常见泌尿生殖道支原体UU、MH和MG的检测。第一,基于氧化石墨烯的光寻址电位传感器检测支原体主要包括DNA粗提、等温扩增和原位杂交三个步骤。第二,羧基化GO修饰后的芯片固定DNA探针后可大大提高检测效率,实现了对传统分子杂交的方法优化。第二,生物传感器的应用可以实现对支原体的无标记检测分析,通过形成DNA双螺旋结构而产生的电、界面性质变化,再由变换器将这种反应信息转换成可定量和可处理的电信号来检测杂交反应。该法在降低成本的同时,可以简化操作步骤、减少工作时间,具有发展成为高通量检测系统的潜力,同时易于实现临床检测的自动化。综上所述,研究纳米材料修饰的生物传感器有潜力实现支原体的无标记快速检测分析,并为感染性病原体的床旁即时检测开拓新思路,最终为辅助医疗诊断提供有价值的参考信息。 4、技术的成熟度,适用范围和安全性 本研究所建立的支原体检测平台目前尚出于实验室阶段,适用于泌尿生殖道支原体的筛查,仪器性能稳定、安全性高。 5、应用情况及存在的问题 目前在实验室中应用良好,下一步拟扩大样本量,进行方法的完善和验证。 6、历年获奖情况 无