《新型生物传感器敏感膜材料构筑的关键技术及应用》

该项目来源于国家自然科学基金和河南省科技开放合作项目,属于材料科学技术领域。

1、主要技术内容:

当今社会,在生命科学技术方面,特别是食品安全、药物筛选和疾病早期诊断等方面,敏感快捷简便的检测要求,对人类生命安全的保障、生活质量的提高有着举足轻重的作用。该项目通过结合化学合成法、生物分子模板法、水热法等方法合成出结构、形貌各异的新型多孔纳米复合材料,并以它们为生物传感器敏感膜材料固定不同类型的探针分子(核酸适体、DNA或抗体),构筑出系列生物传感器,用于多种待测物(包括抗生素、肿瘤标志物、重金属离子及蛋白质)的快速灵敏检测,为环境监测、食品安全检测和肿瘤早期诊断等提供技术支持和产品服务。

(1)以生物分子和金属有机骨架材料(MOFs)为模板合成出系列金属氧化物/介孔碳复合材料,并将它们作为敏感膜材料构筑生物传感器,用于不同种类抗生素的快速灵敏检测。金属氧化物/介孔碳复合材料同时具有金属氧化物和介孔碳的特定结构和功能性,包括优良的电化学活性以及与生物分子之间的强相互作用,所构筑的系列生物传感器具有电化学信号变化灵敏、检测过程简单、快速等特点;(2)结合水热法和模板法,以Zr基金属盐为前驱体,通过改变有机配体种类,合成出了系列具有新型纳米结构的Zr-MOFs材料,并以此为敏感膜材料构筑电化学生物传感器,用于不同肿瘤标志物的快速灵敏检测。由于Zr-MOFs与DNA或RNA链中的磷酸根基团可形成Zr-O-P共价键,促使DNA或RNA核酸适体分子与敏感膜之间能够形成强结合力,因此,所构筑的各种电化学生物传感器具有超高灵敏度和快速响应性能等优点;(3)采用自组装法和等离子体技术对化学法合成的石墨烯进行氨基或羧基功能化,并以此为敏感膜材料构筑生物传感器,用于不同重金属离子的检测。其中,功能化石墨烯不仅可增加探针生物分子在其表面上的固定量,也可促使检测过程电化学检测信号的放大;(4)采用模板法构筑不同种类有机无机纳米杂化材料,并将它们作为敏感膜材料构筑生物传感器,用于不同蛋白质的检测。纳米杂化材料具有优异的生物相容性和高比表面积,可提供更多的探针分子固定位点,促使所构筑的生物传感器具有极高的检测灵敏度。

2、授权专利情况:

在该项目实施及推广过程中获授权发明专利10项。

3、经济技术指标:

该项目将生物分子模板技术与生物传感技术有效地结合在一起,实现了探针分子在系列新型多孔复合材料上的高效稳定固定。金属氧化物/介孔碳复合材料、Zr-MOFs纳米材料、石墨烯基复合材料和无机-有机杂化材料等多孔纳米材料可提高探针分子的固定位点;因此,所构筑的系列生物传感器应用于各种目标物的检测时,电化学信号变化灵敏、检测过程简单、快速。产品设计成本降低了约1/4,产品检测时间缩短了1/3,产品检测灵敏度提高了10倍以上。

4、应用推广及效益情况:

该项目中的关键技术完成后,先后在河南南华千牧生物科技有限公司、厦门万渤生物技术有限公司、幂次方生物科技有限公司和杭州伊佰新生物技术有限公司进行了测试和试用。经用户使用表明,项目技术经应用到企业后,给企业带来了显著地经济效益,三年来共为上述公司创造新增利润5654万元。

成果说明

本成果从2012年开始研发,经过材料设计和合成以及探索核酸适体在复合材料上的固定机理,多次的优化测试参数,提高检测灵敏度。2012年10月对蛋白质和重金属离子等的检测首先在河南南华千牧生物科技有限公司、厦门万渤生物技术有限公司进行了测试及使用,在试用过程中,企业提出了许多宝贵的意见,项目组一面跟踪试用情况,一面改进和完善芯片的功能。同时应用推广过程中,根据市场反应,项目组不断改进和完善生物传感器芯片的功能,也扩大检测目标物的种类。三年来为河南南华千牧生物科技有限公司带来5330万元的销售额,新增利润131

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