基于纳米电极表面离子开关与电化学催化协同效应的miRNA检测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21205079
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0402.电分析化学
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

MicroRNAs (miRNA) are short (~22 nucleotides) non-coding RNA molecules that regulate gene expression. Since their dysregulation leads to development of cancers, miRNAs have recently been proposed as being useful in diagnostics as biomarkers. Unfortunately,their characteristics like low abundance ,high degree of sequence similarity and extremely small size of mature miRNAs make it challenging to analysis miRNA with high sensitivity and specificity. Recently, nanoelectrochemical miRNA biosensors attract a lot of research interest for their advantages of sensitivity, small amount of starting sample and label-free analysis. In this project, we firstly assemble the PNA detection probes onto the surface of a nano-tip electrode. With the hybridization of target miRNAs, the probe will turn their configuration from free soft single-strand to rigid double-strand, which will construct a special "ion-gating" effect of [Fe(CN)6]3- on the surface of the nanotip electrode. In the meantime, the adsorption of [Ru(NH3)6]3+ will be increased for the increased negative charge on the electrode surface. As a result, the electrocatalysis signal of RuIII/FeIII will be amplified. This method is constructed on a nano-sized electrode, which need less amount of starting materials. We combined the "ion gating" effect with the electrocatalysis to improve the sensitivity. Based on the systemic optimization of the detection probes and their assembling on the electrode surface, the nonspecific absorption will be avoided. In all, We will aim at a extremely sensitive, specific and label free miRNA analysis method which will lay a good foundation for the future application in diagnostics. We will systematically investigate all the key reaction conditions with the advanced characterization technologies (SEM, TEM, XPS etc.), electrochemical analysis and traditional miRNA analysis methods (RT-PCT, digital PCR). By expatiating the mechanism, this project will provide valuable references for development of other nano-material biosensors.
微小RNA(miRNA)具有调控基因表达的作用,是潜在肿瘤分子靶标,但其分子短、丰度低、序列高度相似,给检测方法提出挑战。本项目提出基于纳米针尖电极表面离子开关与电化学催化协同效应,构建新型miRNA检测方法。在纳米金电极表面组装肽核酸(PNA)探针,特异性识别目标miRNA;探针与miRNA杂交后从柔性松散单链变成刚性直立双链,在电极表面形成铁氰离子扩散开关效应;且电极表面的miRNA可增加六氨合钌离子吸附量,提高催化电化学信号,实现目标miRNA检测。本项目将"离子开关"效应与电化学催化结合,提高检测灵敏度;采用纳米尺度电极,降低了样品需求量;改进表面探针,降低非特异吸附,实现高灵敏度、高特异性、无标记miRNA检测。我们将结合先进表征技术(STM,TEM,XPS等),综合考察各反应条件,阐述机理,形成其他纳米生物传感研究可借鉴的理论模型,为临床诊断应用奠定基础。

结项摘要

微小RNA(miRNA)具有调控基因表达的作用,是潜在肿瘤分子靶标,但其分子短、丰度低、序列高度相似,给检测方法提出挑战。本项目一个主要研究课题就是基于纳米针尖电极表面离子开关与电化学催化协同效应,构建新型miRNA 检测方法。对于电化学杂交传感器来说,如何提高杂交反应发生前后的信号变化量是一个重要的技术关键。研究中,我们在纳米金电极表面组装捕获探针,特异性识别目标miRNA,探针与miRNA杂交后从柔性松散单链变成刚性直立双链,在电极表面形成离子扩散开关效应:当纳米电极表面仅组装有单链DNA探针的时候,Fe(CN)63-可以比较容易的扩散到电极表面,发生电化学氧化还原反应,并产生一个明显的循环伏安(CV)特征峰(2.5V),而此时由于Ru(NH)63+浓度较低,其CV峰很小;当加入目标miRNA与探针杂交之后,表面密度显著增加,阻碍了离子扩散,促使Fe(CN)63-优先与吸附于探针表面的Ru(NH)63+发生催化反应,Ru(NH)63+的氧化还原特征峰增加,而Fe(CN)63-的特征峰变得很小,几乎消失。经过DPV定量分析,杂交前后,信噪比达到超过1000倍。首次实现了在单个纳米材料单元表面进行DNA杂交反应开关的电化学催化。本方法具有便携化、植入式检测潜能,未来具有个性化诊疗应用的良好前景。为了进一步提高miRNA检测灵敏度,我们发展了一种基于DNA纳米结构的电化学miRNA生物传感器的检测方法。通过采用三维的DNA纳米结构界面修饰方法,我们发现检测灵敏度可达埃摩尔水平(<1000 拷贝),并且具有很好的单碱基识别能力。该方法良好的重复性、不需要进行标记和无需PCR扩增等优势对方便、可靠的检测和分析食管鳞状细胞癌病人临床样品提供了有力保障。所研究的DNA纳米界面技术具有非常好的普适性。被成功应用于茎环结构探针miRNA传感器(E-DNA)研发以及端粒酶活性检测当中。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
DNA nanostructure-based ultrasensitive electrochemical microRNA biosensor
基于 DNA 纳米结构的超灵敏电化学 microRNA 生物传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Methods
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Li; Yan;Xu; Li;Ren; Suzhen;Fan; Chunhai
  • 通讯作者:
    Chunhai
Target-Responsive, DNA Nanostructure-Based E-DNA Sensor for microRNA Analysis
用于 microRNA 分析的目标响应、基于 DNA 纳米结构的 E-DNA 传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Song; Haiyun;Zuo; Xiaolei;Fan; Chunhai;Huang; Qing
  • 通讯作者:
    Qing
Analysis of telomerase activity based on a spired DNA tetrahedron TS primer
基于螺旋 DNA 四面体 TS 引物的端粒酶活性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    BIOSENSORS &amp; BIOELECTRONICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fan; chunhai;Huang; Qing;Liu; Gang;Jia; Nengqin
  • 通讯作者:
    Nengqin
Target-Responsive, DNA Nanostructure-Based E-DNA Sensor for microRNA Analysis
用于 microRNA 分析的靶标响应、基于 DNA 纳米结构的 E-DNA 传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Song Haiyun;Zuo Xiaolei;Fan Chunhai;Huang Qing
  • 通讯作者:
    Huang Qing
Development of mercury (II) ion biosensors based on mercury-specific oligonucleotide probes.
开发基于汞特异性寡核苷酸探针的汞(II)离子生物传感器。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Zuo; Xiaolei;Yan; Juan;Zhang; Weijia;Liu; Gang
  • 通讯作者:
    Gang

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其他文献

小麦悬浮细胞应答激发子刺激的过敏性反应中Ca2+和 NO的动态变化及其相互作用
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    黎明
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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磁珠负载的DNA三维探针及其在数字PCR循环肿瘤DNA检测中的应用
  • 批准号:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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