基于工程化适配体的水中抗生素快速定量倏逝波传感检测技术

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21677082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0602.环境分析化学
  • 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

Remarkable water safety issues and environmental pollutions caused by antibiotic residues in water have attracted increasing social attention. There is an urgent need to develop novel monitoring theories and relative sensing technologies for ultrasensitive detection of antibiotic residues in water bodies, which possess prospective and strategic significance. This project aims at filling the technological gaps in aptamer-based optical sensors for rapid detection of antibiotic residues in water bodies. Rational truncation and split of antibiotic-specific aptamers are investigated, which lay the foundation to reveal the universal principles and general approaches towards the engineering modification of antibiotic-specific aptamers. Using the split aptamer as antibiotic-specific report molecule, a novel "nucleic acid-protein" conjugate-based sandwich-type evanescent wave sensing technology is proposed. The advantages of such an evanescent wave-based sensing system include ultrasensitivity and rapid detection. Both reaction conditions and detection performances of the proposed sensors are optimized by studying the surface chemical modification and regeneration strategies of the evanescent wave chip, as well as the interfacial self-assembly behaviors and response kinetics of split aptamers. Moreover, by investigating the influence of several typical environmental matrices on the biosensing effects, an anti-environmental matrix effects biosensing strategy is proposed. Ultimately, the rapid, sensitive and quantitative analysis against biological contamination is achieved. The anticipated results can enrich the aptamer engineering theories, expand the existing engineering aptamer library, and provide new technologies in the need for major national environmental issues involving the environmental behavior, risks, and early warning of antibiotic residues.
我国环境水体抗生素污染形势不容忽视,及早开展水中抗生素类新兴痕量污染物检测技术和方法研究具有前瞻性和战略意义。本课题针对目前抗生素残留尚缺乏核酸适配体光学传感器快速检测技术这一现状开展基础研究。研究抗生素特异性适配体的工程化截短和裂分,揭示适配体工程化改造原理与共性准则;以裂分适配体为抗生素特异性报告分子,结合倏逝波传感系统超灵敏快速等优势,创新性提出一种基于“核酸-蛋白质”缀合物的夹心法倏逝波核酸传感分析技术;研究倏逝波芯片表面化学修饰及稳定再生方法,裂分适配体界面自组装行为、反应动力学和调控方法,并优化反应条件及检测性能;研究典型水环境要素对生物传感分析过程的影响机制,提出抗基质效应方法;最终实现对抗生物污染物的快速高灵敏定量分析。预期成果能够丰富适配体工程化改造技术理论,充实现有工程化适配体材料库,为研究抗生素环境行为和风险以及抗生素残留监测预警等国家重大需求问题提供崭新的技术手段。

结项摘要

本课题针对目前抗生素残留尚缺乏核酸适配体光学传感器快速检测技术这一现状开展基础研究,取得的主要成果如下:1)首次打破“维持母适配体靶标结合口袋完整性”的传统假设,提出在适配体功能环结构中部截断的新型裂分方法。新获得四环素、妥布霉素与新霉素三种裂分适配体,解离常数分别为101.5±0.7nM、52.3±10.3μM与414.2±8.5μM;分子动力学模拟与实验结果表明四环素裂分适配体体系中有新结合口袋形成,上述工作扩充了工程化核酸材料库,为下游传感应用奠定基础;2)基于碱基互补配对原理构建单链核酸传感界面,首次开发等电点牛血清蛋白界面封闭剂,将单链核酸传感界面检测互补序列信噪比由1.6提升至14.1,同时界面稳定再生次数可达百次,有力促进了可再生倏逝波核酸传感技术的实用化;3)集成抗生素高灵敏检测的倏逝波荧光生物传感器,建立了以功能核酸为报告分子的抗生素高灵敏微量污染物分析方法,实现了对链霉素微量抗生素的特异性可再生检测,检出限达到33nM (19µg/L),线性范围为60~526nM。此外,基于新型裂分适配体设计酶联吸附检测方案,对妥布霉素裸眼检出限达1μM (0.47mg/L)。本项目培养博士生一名、硕士生一名、博士后一名,在国际环境及传感技术知名期刊发表SCI论文10篇(含Analytical Chemistry封面文章1篇),平均影响因子6.52。申请人以第一发明人申报发明专利5项,授权1项。依托本项目,申请人获批1项NSFC-RS(中英)国际合作与交流项目(项目号:21677082)。项目在研期间,组织承办三届水监测相关国际研讨会(2017年,2018年,2019年)。任务负责人及课题骨干以邀请报告形式展示任务成果5次,显著提升了团队在本领域的国际影响力。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
基于阵列倏逝波荧光传感器的雌二醇免疫检测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    单迪迪;文晓刚;刘兰华;周小红;何苗;施汉昌
  • 通讯作者:
    施汉昌
Unconventional Split Aptamers Cleaved at Functionally Essential Sites Preserve Biorecognition Capability
在功能必需位点切割的非常规拆分适体保留了生物识别能力
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b04115
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang Ruoyu;Zhang Qiansen;Zhang Yi;Shi Hanchang;Kim Truc Nguyen;Zhou Xiaohong
  • 通讯作者:
    Zhou Xiaohong
Integrated optical waveguide-based fluorescent immunosensor for fast and sensitive detection of microcystin-LR in lakes: Optimization and Analysis.
基于集成光波导的荧光免疫传感器,用于快速、灵敏地检测湖泊中的微囊藻毒素-LR:优化和分析
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-03939-8
  • 发表时间:
    2017-06-16
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu L;Zhou X;Wilkinson JS;Hua P;Song B;Shi H
  • 通讯作者:
    Shi H
High-throughput biomolecular interaction analysis probing by an array fluorescent biosensor platform
通过阵列荧光生物传感器平台进行高通量生物分子相互作用分析探测
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2017.12.119
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lanhua Liu;Xiaohong Zhou;Ruiman Ma;Miao He;Hanchang Shi;Qian Yi
  • 通讯作者:
    Qian Yi
Facile screening of potential xenoestrogens by an estrogen receptor-based reusable optical biosensor
通过基于雌激素受体的可重复使用光学生物传感器轻松筛选潜在的异雌激素
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2017.05.026
  • 发表时间:
    2017-11-15
  • 期刊:
    BIOSENSORS & BIOELECTRONICS
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Liu, Lanhua;Zhou, Xiaohong;Qian, Yi
  • 通讯作者:
    Qian, Yi

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其他文献

红外热成像技术在针灸研究领域的应用
  • DOI:
    10.16370/j.cnki.13-1214/r.2018.01.020
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    河北中医药学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜潇怡;李艺;周小红;范玺胜;宋晓丹;孙立虹;佘延芬
  • 通讯作者:
    佘延芬
折叠翼展开机构测试装置设计与试验验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡明;章斌;陈文华;田芳菲;张虹;周小红
  • 通讯作者:
    周小红
组合式氧微电极的研究及其统计分
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    清华大学学报,已接收
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周小红;施汉昌;邱玉琴;刘加恩
  • 通讯作者:
    刘加恩
141Nd激发态的在束γ谱学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《高能物理与核物理》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柳敏良;张玉虎;刘忠;周小红;郭应祥等11人
  • 通讯作者:
    郭应祥等11人
双奇核~(170)Re高自旋转动带分析(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    原子核物理评论
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张玉虎;郭应祥;王华磊;温淑贤;郑勇;吴晓光;宋立涛;竺礼华;许甫荣;雷祥国;柳敏良;刘忠侠;赵维娟;周小红
  • 通讯作者:
    周小红

其他文献

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周小红的其他基金

纳米酶侧流试纸条结合智能手机快速检测介水病毒
  • 批准号:
    22376112
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
分子对接辅助优化水中环境雌激素拟/抗活性同步检测的生物传感分析技术
  • 批准号:
    21976100
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    65 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人工金属氧化物纳米颗粒在污水生物处理系统中的归趋及对微生物聚集体活性的影响
  • 批准号:
    51108243
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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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