基于2D层状金属(或共价)有机骨架纳米片-等温扩增技术探索转基因生物比率型电化学快速检测

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21675092
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In this project, rising 2D layered metal-organic framework (MOF) or covalent organic framework (COF) nanosheets and their interfaces will be prepared, which will be further integrated with simple isothermal nucleic acid amplification techniques and novel ratiometric electrochemical DNA sensing strategy for exploring the highly sensitive and rapid detection of genetically modified organisms. 2D MOF or COF nanosheets possess ordered porous structure, rich functional groups, artificially controllable sites for DNA immobilization, which can realize the ordering and maximization of the DNA immobilization. Their excellent conductivity, large specific surface area, as well as strong mechanical properties and stability will help to improve the electron conduction performance and electrochemical responses of obtained sensing interfaces, which result in the improvement of DNA detection sensitivity and stability. A double-signal ratiometric electrochemical sensing platform will be constructed based on the inherent redox activity or electrocatalysis of 2D MOF or COF, which fundamentally overcomes the intrinsic systematic errors of electrochemical sensors that come from environmental and personal factors and thus leads to remarkably enhanced reproducibility and reliability. We will study the effect of different preparation schemes and experimental parameters on the morphology, size, and ratiometric electrochemical signals of the sensing platforms. In addition, simple and novel isothermal nucleic acid amplification techniques will be integrated for exploring high-sensitive, high-precision and rapid detection of various genetically modified organisms. We will comparatively study the difference between the electrochemical sensors based on various 2D MOF or COF nanosheets and different isothermal nucleic acid amplification techniques on the sensitivity, speed, reproducibility etc. investigation factors considering practical application.
本项目拟制备新兴的2D层状金属有机骨架或共价有机骨架纳米片,结合等温核酸扩增技术和蓬勃兴起的比率型电化学DNA传感策略,探索转基因生物高灵敏、快速检测。借助2D有机骨架丰富的功能团、规则有序的孔洞结构、人为可控的固定位点,实现DNA固定的有序化与最大化,有力提高杂交效率;利用其高的导电性、高的比表面积以及强大的机械性能和稳定性提高传感界面的电子传导性能与电化学响应,进而提高DNA检测灵敏度与稳定性;依靠2D有机骨架优异的自身电化学活性或电催化性能,构建双信号比率型电化学传感平台,从基本上克服来自环境和个人因素固有的系统误差,增强检测重现性和可信度;有效整合简单、新颖的等温核酸扩增技术,探索对多种转基因生物高灵敏、高精度和快速检测。对比各种制备方案对界面形貌、比率型信号等的影响,比较基于各种2D有机骨架以及各种等温扩增技术的电化学传感器在检测灵敏度、速度和重现性等实际应用方面考察因素的差异。

结项摘要

随着二维尺度的石墨烯蓬勃发展,二维类石墨烯层状纳米材料,如层状金属(或共价)有机骨架,MoS2纳米片,也日益受到人们的广泛关注。另一方面,由于采用探针信号和参比信号的比值作为测量信号,避免采用传统方法仅利用目标带来的单一的“信号开”或“信号关”模式,比率型电化学传感平台从基本上降低了来自环境和个人因素固有的系统误差,也被人们广泛采用。本课题组基于开发以上新型类石墨烯的二维纳米材料基传感界面,进行比率型生物电化学快速检测研究。根据“自下而上”的组装策略,合成了多种层状MOFs纳米片,并参考其他(类)石墨烯复合传感界面的制备方法,采用小分子插层-超声剥离、电沉积与电聚合方法等技术,设计一系列具有与比率型生物电化学快速检测相匹配的(类)石墨烯及其复合纳米材料的电化学传感平台;利用复合传感界面丰富的功能团、高导电性、大的比表面积以及强大的机械性能和稳定性,提高传感界面的电子传导性能与电化学响应。进行了形貌、有序程度等物理要素与电化学功能团电化学活性之间关系研究。基于新筛选的内参分子的电化学信号变化,特别是界面自身信号的变化作为比率型信号,构建了新型“信号开”-“信号关”的比率型电化学传感平台,有力地提高检测灵敏度与可信度,实现了对特定靶标的高精度、稳定检测。并借助监测扩增前后的dGTP浓度变化,开发快速判断序列特异性DNA是否存在的定性检测方法。在国内外高水平学术期刊如Anal Chem, ACS Appl Mater Inter, ACS Sustain Chem Eng, J Hazard Mater, Sensor Actuat B Chem, Compos Part A-Appl S,化学学报等上面发表了15篇论文(均标明基金资助),其中14篇SCIE收录论文,中科院大类一区9篇。授权发明专利1项。培养博士研究生2人,硕士研究生8人,其中4人已获得硕士学位。所开发的比率型电化学传感平台能够克服电化学传感器的重现性或者稳定性较差的这一重要缺陷,有望推动电化学检测实际应用。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Highly stretchable composites based on cellulose
基于纤维素的高拉伸复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.12.116
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Chen Xianrong;Wang Kuiyu;Wang Zhenhao;Zeng Hui;Yang Tao;Zhang Xinxing
  • 通讯作者:
    Zhang Xinxing
Direct electrochemical vibrio DNA sensing adopting highly stable graphene-flavin mononucleotide aqueous dispersion modified interface
采用高度稳定的石墨烯-黄素单核苷酸水分散体修饰界面的直接电化学弧菌DNA传感
  • DOI:
    10.1021/acsami.7b18212
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yang Tao;Chen Huaiyin;Qiu Zhiwei;Yu Renzhong;Luo Shizhong;Li Weihua;Jiao Kui
  • 通讯作者:
    Jiao Kui
二维金属或共价有机骨架材料的制备及其化学与生物传感应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨涛;崔亚男;陈怀银;李伟华
  • 通讯作者:
    李伟华
A ratiometric electrochemical deoxyribonucleic acid sensing strategy based on self-signal of highly stable reduced graphene oxide-flavin mononucleotide aqueous dispersion modified nanointerface
基于高度稳定的还原氧化石墨烯-黄素单核苷酸水分散体修饰纳米界面自信号的比率电化学脱氧核糖核酸传感策略
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.04.067
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Tao;Yu Renzhong;Liu Sumin;Qiu Zhiwei;Luo Shizhong;Li Weihua;Jiao Kui
  • 通讯作者:
    Jiao Kui
A review of ratiometric electrochemical sensors: From design schemes to future prospects
比例式电化学传感器综述:从设计方案到未来展望
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.07.138
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Tao;Yu Renzhong;Yan Yuhan;Zeng Hui;Luo Shizong;Liu Nianzu;Morrin Aoife;Luo Xiliang;Li Weihua
  • 通讯作者:
    Li Weihua

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其他文献

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  • 通讯作者:
    马文广
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    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    史话跃;杨涛;吴承玉
  • 通讯作者:
    吴承玉
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王有元;杨涛;廖瑞金;张大伟;刘强;田苗
  • 通讯作者:
    田苗
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨涛;王鹏;朱季萍;赵建东
  • 通讯作者:
    赵建东
热处理对TbFeCr合金微波吸波收性能影响研究
  • DOI:
    10.1111/gcb.13248
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨涛;潘顺康;王啸坤;周怀营;林培豪;成丽春
  • 通讯作者:
    成丽春

其他文献

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基于生物切片技术和仿生矿化策略的骨单位分级结构构建与皮质骨修复性能研究
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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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