基于毛细管液滴多重不对称MSP/阵列DNA纳米探针的微流控电化学肿瘤多基因甲基化传感新方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21475102
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

As an early event, multigene promoter hypermethylation is closely associated with tumor occurrence, progression, metastasis and recurrence. In this project, we make a deteiled research about interfacial assembly of DNA nanostructure probe and solution manipulation, droplet multiple asymmetric MSP (MA-MSP) and molecular recognition in microfluidic channel. And an intelligent electrochemical microfluidic array platform is proposed for the biosensing of multigene methylation. By employing the solution delivery system, the water-in-oil amplification reaction mixture and several air-segmented buffer are simply formed in the teflon capillary tube, respectively. Lots of different single-strand (ss) DNA could be generated at the same time by the fast and highly efficient amplification of target genes in the heating zone of the tube. The separation in space between the amplification process and subsequent detection process effectively prevents their mutual interference as well as the complicated design of chip. The MA-MSP mixture containing ssDNA products will be easily separated from the oil and mix with the hybridization buffer during the controllable and low-loss solution delivery. Subsequently, the mixed buffer and latter signal molecule (poly-HRP) is successively delivered into the DNA nanoprobe-functionalized chip, resulting in the efficient capture of ssDNA followed by poly-HRP. After that, a high HRP-catalyzed amplified electrochemical signals is obtained, which will contribute to the decrease of PCR cycle and false positive. Eventually, the simultaneous, fast, accurate and highly sensitive detection of multigene methylation in trace samples could be achieved with the accomplishment of the project, which would provide a new ideas and technology platform for the early diagnosis of cancer.
多基因甲基化是与肿瘤发生、发展、转移密切相关的早期事件。本项目围绕DNA纳米探针的界面组装及微尺度下的溶液操控、液滴多重不对称MSP(MA-MSP)、分子识别等问题进行研究,以肺癌为研究对象,拟构建新型智能化阵列微流控电化学多基因甲基化传感平台。利用溶液传递系统,在聚四氟乙烯毛细进样管内,简单形成"油包扩增反应液"液滴及空气间隔的溶液区带。通过循环加热在管内实现目标基因的同时、快速、高效MA-MSP,产生大量单链DNA。扩增反应与随后检测的空间分离可有效避免相互影响及芯片设计的复杂性。操纵溶液进行可控、低损移动,扩增产物溶液与油相分离后同杂交缓冲液融合,并与后续溶液依次流入阵列DNA纳米探针的微流控芯片,实现单链产物和信号探针高效捕获、酶催化放大的高灵敏电化学检测,以期减少扩增循环数,降低假阳性,最终实现微量提取样本中多基因甲基化的同时、快速、高灵敏及准确检测,为肿瘤早期诊断提供新方法。

结项摘要

基因甲基化是与肿瘤发生、发展、转移密切相关的早期事件。本项目围绕DNA纳米探针的界面组装及分子识别、微尺度下溶液操控与非对称甲基化特异性PCR等问题进行研究。以肺癌为研究对象,设计具有连续识别模块的系列核酸定向扩增策略,消除体系非特异性扩增的干扰,提升甲基化DNA分辨率达到0.1%;设计DNA纳米结构探针,调控纳米探针在界面的定向偶联及有序组装,同时整合非对称甲基化特异性PCR进行电化学催化扩增,级联放大检测信号,灵敏度高达单拷贝,已成功用于微量(200μL)肺癌患者血浆样本中的甲基化DNA分析,显著优于传统PCR;利用溶液传递系统,在聚四氟乙烯毛细进样管内,简单形成“扩增反应液”液滴及空气间隔的溶液区带。通过循环加热在管内实现目标基因快速、高效的扩增,产生大量扩增产物;采用电子束蒸发制备表面均一的阵列金电极,设计并制作可以匹配阵列金电极结构的PDMS微通道,利用注射泵和阵列电极接口装置组合一体化的电化学传感平台,经DNA纳米探针功能化修饰传感界面,可实现单链产物和信号探针高效捕获、酶催化放大的高灵敏电化学检测。本项目在研期间共培养博士研究生4人,硕士研究生5人,相关研究成果已发表SCI论文21篇,申请国家发明专利1项。本项目的完成将为微量提取样本中多基因甲基化的同时、快速、高灵敏及准确检测提供新方法,为肿瘤的早期诊断、预后评估、治疗监测和复发检测提供新思路。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Green in Situ Synthesis of Clean 3D Chestnutlike Ag/WO3-X Nanostructures for Highly Efficient, Recyclable and Sensitive SERS Sensing
绿色原位合成清洁 3D 栗子 Ag/WO3-X 纳米结构,实现高效、可回收和灵敏的 SERS 传感
  • DOI:
    10.1021/acsami.6b14571
  • 发表时间:
    2017-03-01
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Huang, Jian;Ma, Dayan;Zhao, Yongxi
  • 通讯作者:
    Zhao, Yongxi
DNA-Mediated Assembly of Gold Nanoparticles and Applications in Bioanalysis
DNA 介导的金纳米颗粒组装及其在生物分析中的应用
  • DOI:
    10.1002/cnma.201700177
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ChemNanoMat
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Xue Jing;Chen Feng;Bai Min;Yu Xu;Wei Jing;Huang Ping;Zhao Yongxi
  • 通讯作者:
    Zhao Yongxi
Engineered Janus probes modulate nucleic acid amplification to expand the dynamic range for direct detection of viral genomes in one microliter crude serum samples.
工程化的 Janus 探针可调节核酸扩增,以扩大直接检测一微升粗血清样品中病毒基因组的动态范围
  • DOI:
    10.1039/c7sc03994h
  • 发表时间:
    2018-01-14
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Zhao Y;Chen F;Qin J;Wei J;Wu W;Zhao Y
  • 通讯作者:
    Zhao Y
Mismatch Extension of DNA Polymerases and High-Accuracy Single Nucleotide Polymorphism Diagnostics by Gold Nanoparticle-Improved Isothermal Amplification
DNA 聚合酶的错配延伸和金纳米粒子改进等温扩增的高精度单核苷酸多态性诊断
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.5b01545
  • 发表时间:
    2015-09-01
  • 期刊:
    ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Chen, Feng;Zhao, Yue;Zhao, Yongxi
  • 通讯作者:
    Zhao, Yongxi
Sol-Gel Synthesis of Metal-Phenolic Coordination Spheres and Their Derived Carbon Composites
金属-酚醛配位球及其衍生碳复合材料的溶胶-凝胶合成
  • DOI:
    10.1002/anie.201805781
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Angewandte Chemie International Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wei Jing;Wang Gen;Chen Feng;Bai Min;Liang Yan;Wang Huanting;Zhao Dongyuan;Zhao Yongxi
  • 通讯作者:
    Zhao Yongxi

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Lead ion detection kit based on constant-temperature cascade nucleic acid amplification and detection method of lead ion detection kit
基于恒温级联核酸扩增的铅离子检测试剂盒及其检测方法
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  • 发表时间:
    2013
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    白凯

其他文献

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第二届海峡两岸生物医学前沿交叉学术研讨会
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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

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          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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