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天津环境医学与作业医学研究所高志贤研究员课题组 CEJ: DNA四面体镊子在多种复杂基质中检测性能的探索

时间：2022-07-02 来源：浏览：

天津环境医学与作业医学研究所高志贤研究员课题组 CEJ: DNA四面体镊子在多种复杂基质中检测性能的探索

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#DNA四面体镊子 1 个

#分子动力学模拟 4 个

#复杂基质检测 1 个

#多通路检测 1 个

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基于 DNA 镊子的检测方法具有良好的生物相容性，并能特异地响应靶物质，在生物传感与医学检测等领域显示出良好的应用前景。然而，由于空间结构不稳定、检测效率低、灵敏度不足等缺点， DNA 镊子在实际检测中的应用受到限制。针对上述的技术瓶颈，需要设计并控制 DNA 镊子的空间结构，并探究影响其生物传感性能的主要因素，开发功能化纳米生物传感平台。

近日，天津环境医学与作业医学研究所高志贤研究员课题组在 Chemical Engineering Journal (IF: 16.744) 上发表了题为“ Exploring the performance of multi-channel Tetrahedral Nucleic Acid Tweezers platforms for efficient and sensitive biosensing ”的论文。课题组系统地探究了两种 DNA 四面体镊子的性质，分别为触须式 DNA 四面体镊子 (ATNAT) 与包覆式 DNA 四面体镊子 (CTNAT) 。课题组从分子动力学特征、多目标物检测性能与背景干扰等多个角度，分析了两种 DNA 四面体镊子在多种复杂基质中的检测性能，并最终开发 EXPAR-CTNAT 生物传感方法，检测人体疲劳生物标志物睾酮、皮质醇和肌酸激酶同工酶，实现了 pM 级别的灵敏检测。该工作可视地揭示了 DNA 四面体镊子的分子动力学结构，并系统地探究了其在复杂环境下的多目标检测性能，为 DNA 四面体镊子在医疗诊断、环境监测及食品安全等领域的进一步研究与应用提供支持。

本文要点：

图 1. 两种 DNA 四面体检测目标物的原理

图 2. 两种 DNA 四面体镊子的分子动力学模拟。 (A) CTNAT 的分子动力学结构； (B) A TNAT 的分子动力学结构； (C) CTNAT 的 RMSD 值模拟； (D) A TNAT 的 RMSD 值模拟； (E) CTNAT 的 RMSF 值模拟； (F) A TNAT 的 RMSF 值模拟。

图 3. 两种 DNA 四面体镊子对胞外靶 DNA 的检测性能。 (A) 基于 ATNAT 方法检测靶 DNA 的原理； (B) 基于 ATNAT 方法检测两个目标物的标准曲线； (C) ATNAT 方法的检测限； (D) 基于 C TNAT 方法检测靶 DNA 的原理； (E) 基于 C TNAT 方法检测三个目标物的标准曲线； (F) C TNAT 方法的检测限。

图 4. 两种 DNA 四面体镊子对胞内靶基因的检测性能。 (A) ATNAT 检测胞内靶基因的成像结果（ I ： Merge 成像； II ： DAPI 染料成像； III ： Cy3 荧光基团成像； IV ： Cy5 荧光基团成像； V ：明场成像） (B) CTNAT 检测胞内靶基因的成像结果（ I-V 中图像描述与 A 相同） (C) TM 缓冲液检测胞内靶基因的成像结果（ I-V 中图像描述与 A 相同） (D) 成像结果分析 (E) 基于 DNA 四面体镊子检测胞内靶基因的 “AND ” 逻辑门

图 5. 生物大分子检测的 EXPAR- cDNA- CTNAT 方法。 (A) EXPAR-cDNA-CTNAT 方法的原理。 (B) EXPAR- cDNA- CTNAT 方法检测的 “AND ” 逻辑门。 (C) 睾酮检测的标准曲线。 (D) 皮质醇检测的标准曲线。 (E) 肌酸激酶同工酶检测的标准曲线。 (F) EXPAR- cDNA- CTNAT 方法的特异性评价。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722031229

作者团队简介

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高志贤 ，天津环境医学与作业医学研究所研究员，博士生导师。国家 863 资源环境领域主题专家、国家十三五“食品安全关键技术研发”重点研发计划编制专家、国家十三五“大气污染成因与控制技术研发”重点专项总体专家组成员、国家十四五“食品质量与安全”规划编制专家，国家科技部重点领域创新团队负责人，国家万人计划科技创新领军人才。兼任天津市环境与食品安全风险监控技术重点实验室主任等职。近年来，瞄准饮水和食品安全科学和前沿技术问题，着眼民生需求，率先在国内将高通量芯片、微纳传感和生物信息学等新技术引入食品安全监控领域，形成了以分子印迹纳米聚合物、仿生光子晶体特异识别为基础、生物传感 / 生物芯片快速检测技术为特色，集高新技术研究、配套设备研制、标准制定及推广应用为一体的食品和饮水安全风险监控技术体系。

王瑜，博士， 2020 年毕业于军事科学院，获军事科学院优秀博士学位论文，是国家科技部重点领域创新团队成员。目前从事针对疲劳标志物的生物传感技术研究与装备研发。以第一（共同第一 / 共同通讯）作者身份发表 SCI 文章 17 篇，其中一区期刊 10 篇， IF>10 的文章 5 篇，封面文章 1 篇，累计 IF ： 120.75 。授权发明专利 1 项，授权澳大利亚技术革新专利 3 项，授权卢森堡专利 1 项，授权南非发明专利 1 项，授权软件著作权 1 。

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