环介导等温扩增H+诱导DNA纳米结构构型转换超灵敏HIV标志物DNA电化学生物传感器研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21775123
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As an emerging nucleic acid amplification technology, loop-mediated isothermal amplification (LAMP) is identified by using visualization methods such as fluorescence, colorimetry and gel electrophoresis. The detection of LAMP reaction byproducts including pyrophosphate and hydrogen ion (H+) could be carried out with turbidimetry and pH meter. However, these methods are of low sensitivity, resulting in difficult ultrasensitive quantitative measurement of target DNA for LAMP. Therefore, based on the target transduction induced by the byproducts (such as H+), which are produced in LAMP reaction triggered by the targeted DNA, it is very significant to develop novel analytical methods with ultra sensitivity (such as electrochemical biosensors). In the present project, human immunodeficiency virus (HIV) biomarker DNA is used as tested model for LAMP. The generated byproduct H+ in LAMP can induce the conformational switch of pH-responsive DNA nanostructures to form stable triplex structures, accompanying with the releasing of specific DNA sequences. The transduction and amplification of the output signals for the released DNA can be achieved by integrating with different biological amplification technologies involving in chain displacement, catalytic hairpin self-assembly, enzymatic cleavage, and etc.. Novel ultrasensitive electrochemical biosensors are developed for HIV biomarkers DNA based on the proposed strategies, which could provide new methods to extend the target DNAs capable of being used in LAMP reaction (such as hepatitis B virus, pathogenic avian influenza virus, and etc.), and promote the development of biosensors and clinical medical examination.
新兴核酸放大技术环介导等温扩增(LAMP)的鉴定主要基于荧光、比色或凝胶等可视化方法,而LAMP反应副产物焦磷酸和H+的检测可利用沉淀浊度法和pH计。但是,这些方法灵敏度低,难以实现扩增目标DNA的超灵敏定量检测。因此,通过目标DNA进行LAMP反应,利用副产物(如H+)进行目标物转换,研制超灵敏新型分析方法(如电化学生物传感器)具有重要意义。本项目以人免疫缺陷病毒(HIV)标志物DNA为分析模型进行LAMP扩增,利用反应副产物H+(pH)诱导具有pH响应的DNA纳米结构构型转换,形成稳定三级结构时释放特异性DNA序列;结合链置换、催化发夹自组装、酶剪切等生物放大技术,对释放的DNA序列进行输出信号转换与放大,构建新型超灵敏HIV标志物DNA电化学生物传感器,为拓展LAMP扩增目标物DNA超灵敏检测范围(或乙肝病毒、高致病禽流感病毒等)、促进生物传感器发展和临床医学检验提供新的研究方法。

结项摘要

环介导等温扩增(LAMP)用于核酸放大具有显著优势。其常规鉴定常用荧光、比色或凝胶等可视化方法,沉淀浊度法和pH计可分别用于副产物焦磷酸和H+(LAMP-H+)的快速检测。但这些方法灵敏度低,难以对目标DNA进行超灵敏定量分析;而传统LAMP的模板链太长,设计较繁琐,且LAMP反应体系复杂多元,易引起明显的背景干扰,这些不足都极大限制了LAMP技术的实际应用。因此,本项目分别以长链DNA标志物(包括家蚕微孢子虫病毒基因272-nt和流感病毒174-nt)直接作为模板进行LAMP扩增,或以人类免疫缺陷病毒标志物短链DNA(21-nt)为模型,通过预增长原位形成双哑铃起始结构,或直接作为外引物,启动LAMP扩增。以LAMP-H+为外部化学刺激转换目标物输入,诱导具有pH依赖性响应的DNA三链体或i-motif二级结构形成等模式,释放序列特异性的DNA探针;在修饰电极传感界面结合链置换、酶剪切、催化发夹自组装、π-π堆积作用等生物放大方法,产生显著的单一或比率型电流输出信号;同时,利用磁性分离,有效降低了复杂多元的LAMP体系引起的假阳性背景干扰;定向结合作用还能极大减小非特异性吸附对电极表面电子转移过程产生的不利影响。本项目中,我们创新性改变LAMP反应模式,以LAMP-H+定向转换目标物输入,通过引入多种放大模式,简化电极反应过程,并与电流响应信号输出一体化结合,成功构建了具有超灵敏、高特异性、快速简便等分析性能的新型DNA电化学生物传感器。项目取得了较好的研究成果,为进一步拓展LAMP技术在生物传感、生物分析等领域的应用提供新的研究范式。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Amplified electrochemical biosensing based on bienzymatic cascade catalysis confined in a functional DNA structure
基于限制在功能 DNA 结构中的双酶级联催化的放大电化学生物传感
  • DOI:
    10.1016/j.talanta.2021.122643
  • 发表时间:
    2021-07-13
  • 期刊:
    TALANTA
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Gao, Jiaxi;Hua, Xiaoyu;Xu, Wenju
  • 通讯作者:
    Xu, Wenju
多壁碳纳米管掺杂的铜基金属有机框架材料银离子固态电极研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    分析化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丹阳;蔡瑶;沈雨;许文菊
  • 通讯作者:
    许文菊
LAMP-generated H+ ions-induced dimer i-motif as signal transducer for ultrasensitive electrochemical detection of DNA
LAMP 产生的 H 离子诱导二聚体 i-motif 作为信号传感器用于 DNA 的超灵敏电化学检测
  • DOI:
    10.1039/c9cc06738h
  • 发表时间:
    2019-10-25
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Hua, Xiaoyu;Yang, Enfen;Xu, Wenju
  • 通讯作者:
    Xu, Wenju
Proximity ligation-responsive catalytic hairpin assembly-guided DNA dendrimers for synergistically amplified electrochemical biosensing
用于协同放大电化学生物传感的邻近连接响应催化发夹组装引导的 DNA 树枝状聚合物
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2020.128566
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Sensors & Actuators: B. Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yumeng Liao;Jiaxi Gao;Yuxuan Zhang;Yaxi Zhou;Ruo Yuan;Wenju Xu
  • 通讯作者:
    Wenju Xu
Proximity binding-induced DNA assembly as signal translator and enzyme-catalyzed cleavage recycle as signal amplifier for highly sensitive electrochemical assay of target DNA
邻近结合诱导的 DNA 组装作为信号翻译器和酶催化裂解回收作为信号放大器,用于目标 DNA 的高灵敏度电化学测定
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.11.002
  • 发表时间:
    2019-02-15
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hua, Xiaoyu;Yang, Enfen;Xu, Wenju
  • 通讯作者:
    Xu, Wenju

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其他文献

一种相变复合纺丝原液及其制备和应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    专利(中国,申请号:031296521,申请日期2003年7月2日)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈彦模;朱美芳;张瑜;许文菊;左伟伟
  • 通讯作者:
    左伟伟

其他文献

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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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