含二茂铁的双嵌入型电化学核酸传感器杂交指示剂的设计合成及在基因传感检测中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21867016
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0701.生物体系分子探针
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the help of lable-free electrochemical nucleic acid based sensor, detection of target nucleic acids with specific sequence has been adapting in molecular diagnostics, biomedicine, forensic, food safety and environmental science. Due to the poor selectivity, poor water solubility, free-radical-induced nucleic acid probe damage and the unsuitable potential windows of traditional electrochemical nucleic acid hybridization indicators, their applications are limited in lable-free electrochemical nucleic acid based sensor. Kinds of novel indicators were synthesized to avoid the disadvantages. In our plan, a serious of electrochemical nucleic acid hybridization indicators will be designed and synthesized, including dumbbell-shaped, T-Shaped and comb-shaped indicators. Different number ferrocene groups are combined with bisintercalators in the indicator as electrical signal units. The length and structure of the spacers in the indicator are varied to adjust the binding selectivity between the indicator and single/duplex strand nucleic acid and to improve the water-solubility of the indicators. The binding selectivity, sensitivity and water solubility of the synthetic indicator are compared by UV-Vis titration, fluorescence titration, viscosity titration and cyclic voltammetry methods. Then the selected excellent indicators are used in lable-free electrochemical nucleic acid hybridization sensors which are adapted to detect short DNA species of Chronic Myelogenous Leukemia or miRNA 21 and so on. After the plan was finished, it is beneficial to our further study in rational design of new kinds of electrochemical hybridization indicators and also contributed to build electrochemical sensors which was used in detection of sequence specific nucleic acids.
非标记型电化学核酸传感器对特定序列核酸的测定在分子诊断、生物医学、法医学、食品安全和环境科学等方面有着极为广泛的应用。传统电化学杂交指示剂通常有选择性差,水溶性差,会氧化损伤核酸探针或电化学窗口不适合等缺点而使其在非标记型电化学核酸传感器中的使用受到限制。本项目拟设计合成哑铃型、T型和梳型结构以二茂铁为电化学信号单元的双嵌入型电化学核酸传感器杂交指示剂,通过改变嵌入基团间链长、链的结构调节其对单双链核酸的结合能力和选择性。在合成的杂交指示剂中,通过紫外滴定、荧光滴定、粘度滴定及循环伏安法等方法选出具有高结合能力和结合选择性、良好水溶性、灵敏的电化学活性的优秀核酸杂交指示剂。以其为基础构建非标记型电化学核酸传感器用于测定慢性髓细胞白细胞DNA、miRNA21等目标核酸片段。本项目完成后,将为合理设计双嵌入型电化学杂交指示剂提供经验和基础,并为电化学核酸传感器的构建和应用提供支持。

结项摘要

非标记型电化学核酸杂交指示剂是构建非标记型电化学核酸传感器的一个重要组成部分,现有的非标记型电化学核酸杂交指示剂在氧化还原窗口、水溶性、结合选择性及抗干扰性方面存在一种或多种缺点而限制了非标记型电化学核酸传感器在核酸检测中的优势。本项目针对这一问题,在前期工作中发现双嵌入型分子对双链核酸具有更好的结合能力和选择性的基础上,结合具有良好电化学活性及氧化还原电位窗口的二茂铁基团合成一系列新的非标记型电化学核酸杂交指示剂。通过考察所合成的电化学指示剂与核酸的结合能力、结合模式,在此基础上进一步比较单、双链核酸结合选择性及抗干扰能力,最终筛选出具有应用潜力的嵌入型电化学核酸传感器杂交指示剂。该类型电化学指示剂较常用的非标记型电化学指示剂亚甲蓝和道诺霉素有更大的电化学信号以及更好的单、双链核酸结合选择性和抗干扰能力。以其为信号单元构建非标记型核酸电化学传感器用于模拟肿瘤标志物样本的检测,在未使用任何信号放大策略时检测限就能够达到pmol水平,简单使用金纳米粒子修饰电极可提高检测限至fmol水平,该类型电化学核酸杂交指示剂已申请专利。在此基础上,还通过在非标记型核酸电化学传感器构建中引入环糊精改善含二茂铁的嵌入型电化学指示剂的溶解度,从而进一步提高传感器的检测限和灵敏度。该方法在改善采用此类指示剂构建的非标记型电化学核酸传感器检测限和灵敏度方面具有良好的普适性。此外,我们在合成相关杂交指示剂的过程中还发现了一些新的二茂铁衍生物的合成方法以及非天然氨基酸的合成方法,并申请了专利。基于上述指示剂构建的非标记型电化学核酸电化学核酸传感器较传统指示剂构建的传感器在检测限、选择性和抗干扰能力方面均有所提升,我们将在后续研究中,结合不同信号放大策略优化传感器参数,以便将其进一步推广使用。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Synthesis, electrochemistry, DNA binding and in vitro cytotoxic activity of tripodal ferrocenyl bis-naphthalimide derivatives
三足二茂铁基双萘酰亚胺衍生物的合成、电化学、DNA结合和体外细胞毒活性
  • DOI:
    10.1016/j.jinorgbio.2021.111425
  • 发表时间:
    2021-04-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Fan, Yan-Ru;Wang, Bo-Jin;Huang, Yu
  • 通讯作者:
    Huang, Yu
Ferrocene appended naphthalimide derivatives: Synthesis, DNA binding, and in vitro cytotoxic activity
二茂铁附加萘酰亚胺衍生物:合成、DNA 结合和体外细胞毒活性
  • DOI:
    10.1016/j.jorganchem.2019.03.001
  • 发表时间:
    2019-06-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF ORGANOMETALLIC CHEMISTRY
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Jia, Deng-Guo;Zheng, Jia-An;Huang, Yu
  • 通讯作者:
    Huang, Yu
Synthesis, DNA Binding and In Vitro Cytotoxicity Study of Bisnaphthalene Derivative
双萘衍生物的合成、DNA结合及体外细胞毒性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Latin American Journal of Pharmacy
  • 影响因子:
    0.2
  • 作者:
    Yan-Ru Fan;Jia-An Zhen;Run-Mei Ding;Qian-Shun Yan;Xin-Bin Yang;Yu Huang
  • 通讯作者:
    Yu Huang

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FMG载荷地面试观测导行跟踪系统的设计与实现
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  • 通讯作者:
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新型DNA 序列选择性双嵌入剂的合成及生物活性研究
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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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