獲獎項目簡介
2021年CAIA獎一等獎：非擴增型核酸傳感與成像分析新方法
完成單位：中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
完成人：繆鵬，唐玉國，董文飛
成果簡介：
該項目屬于分析化學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。項目針對多種類型的核酸指標(biāo)，包括循環(huán)腫瘤DNA、呼吸道病毒核酸、miRNA、mRNA等，發(fā)展了系列非擴增型超靈敏傳感及成像新方法。系統(tǒng)研究了熒光納米材料、磁性復(fù)合納米材料、多孔納米材料等的制備、表面功能化及分析性能，拓展了其在分析測試領(lǐng)域的應(yīng)用；結(jié)合新型功能材料創(chuàng)建了新一代核酸雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)靜態(tài)自組裝、DNA步行納米機器動態(tài)自組裝的信號放大原理，有效提升了目標(biāo)核酸檢測的靈敏度及成像分辨率。相關(guān)成果發(fā)表論文多篇，得到了國內(nèi)外同行的認(rèn)可和高度評價，在生命分析化學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了積極的影響。同時，相關(guān)核酸分析新方法已逐步在血站、醫(yī)院及公司推廣應(yīng)用。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：
(1) 發(fā)展了新一代多維度的雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)組裝體系
經(jīng)典的雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)計簡單明確，信號放大效率高，具有無酶催化恒溫反應(yīng)等一系列的優(yōu)勢，然而針對特定的生物醫(yī)學(xué)分析測試應(yīng)用，仍需對反應(yīng)機理進行改進和修飾。例如，針對電化學(xué)傳感分析，隨著長鏈產(chǎn)物的延伸，附加的電信號分子所引發(fā)的響應(yīng)會隨著與電極距離的增大而快速衰減。通過巧妙設(shè)計啞鈴型探針，成功組裝了扁平型的HCR組裝結(jié)構(gòu)，顯著提升了傳感體系的信號強度，克服了傳統(tǒng)雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在電化學(xué)體系應(yīng)用上的缺陷；針對原位成像分析的應(yīng)用，此外，先后發(fā)展的側(cè)鏈堆棧型HCR與二維HCR均極大提升了局部DNA靜態(tài)組裝的效率，為相應(yīng)的應(yīng)用提供了有力的理論和技術(shù)支撐。
(2) 發(fā)展了新型多足DNA步行器用于動態(tài)DNA結(jié)構(gòu)調(diào)控及分析應(yīng)用
目前，針對目標(biāo)響應(yīng)型的DNA動態(tài)調(diào)控策略往往需要特定的DNA序列設(shè)計或化學(xué)修飾，在實際分析測試應(yīng)用的拓展中存在較大的局限性。通過對DNA步行器的三個組件（track, driver, walker）進行系統(tǒng)的研究與創(chuàng)新性設(shè)計，完成了多足步行器平臺技術(shù)的開發(fā)，不僅適用于包括DNA、RNA在內(nèi)的多種核酸目標(biāo)分析，也擴展至蛋白質(zhì)、細(xì)胞器乃至細(xì)胞的多類型目標(biāo)超靈敏分析。
(3) 巧妙結(jié)合系列功能納米探針材料，依托核酸檢測成像新原理實現(xiàn)了更高的分析性能
為了配合所開發(fā)的非擴增型核酸傳感成像新原理，在研究工作過程中創(chuàng)新性地開發(fā)了一系列納米材料。其性能指標(biāo)均達(dá)到國際先進水平，為超靈敏檢測及成像應(yīng)用提供了強有力的支撐。
社會經(jīng)濟效益：
近年來核酸檢測在病原學(xué)診斷與腫瘤診斷上的發(fā)展非常迅速，特別是對病毒和非典型病原體的檢測已成為臨床關(guān)注的熱點。目前大部分核酸檢測依賴RT-PCR技術(shù)，而本項目開發(fā)的非擴增型高靈敏核酸檢測技術(shù)降低了反應(yīng)條件及環(huán)境要求，同時能夠達(dá)到所需要的靈敏度等指標(biāo)，滿足臨床應(yīng)用的需求，為下一步技術(shù)升級提供了方向與保障，將產(chǎn)生重要的經(jīng)濟和社會效益。
應(yīng)用前景：
本項目從核心功能材料的制備修飾，到新型DNA靜、動態(tài)自組裝原理的探索，非擴增型生物傳感與成像技術(shù)的開發(fā)，體系完整。另一方面，相關(guān)工作的知識產(chǎn)權(quán)布局完善，相應(yīng)技術(shù)具有較強的應(yīng)用價值，在滿足應(yīng)用指標(biāo)要求的同時有助于進一步控制成本，為醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)提供強有力的技術(shù)支持。
