日前，德州學(xué)院生物物理省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許士才博士、王吉華教授和周耀旗教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在3月21日出版的《自然通訊》雜志上發(fā)表了題為“Real-time reliable determination of binding kinetics of DNA hybridization using a multi-channel graphene biosensor”（多通道石墨烯生物傳感器用于DNA雜交動(dòng)力學(xué)和親和力實(shí)時(shí)可靠檢測(cè)）的研究論文,報(bào)道了一種用于檢測(cè)分子間相互作用動(dòng)力學(xué)及親和力的全新方法。
分子間相互作用的動(dòng)力學(xué)及親和力分析檢測(cè)一直是生命科學(xué)領(lǐng)域的重要內(nèi)容，它不僅涉及了基因表達(dá)、DNA復(fù)制、信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞之間相互作用等生物學(xué)中的關(guān)鍵過程分析，而且也是免疫分析、生物傳感器及DNA雜交分析等重要分析技術(shù)的基礎(chǔ)，在科學(xué)研究、疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物技術(shù)、藥品研制和食品安全檢驗(yàn)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。長期以來，表面等離子體共振（SPR）是檢測(cè)分子間相互作用動(dòng)力學(xué)及親和力最常用的方法，該方法具有無需對(duì)樣品標(biāo)記、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)，但也同時(shí)存在分析成本高、分析通量低、對(duì)小分子測(cè)量不夠準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。因此，亟需發(fā)展一種動(dòng)力學(xué)及親和力分析的新方法。石墨烯生物傳感技術(shù)以石墨烯為敏感材料，可實(shí)現(xiàn)小分子靈敏檢測(cè)，且具有與大規(guī)模集成電路兼容、易于小型化、成本低及易于實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)等突出優(yōu)點(diǎn)，極有希望發(fā)展成為未來新一代納米生物傳感分析檢測(cè)技術(shù)。然而，由于常規(guī)石墨烯自身晶體結(jié)構(gòu)缺陷及分子探針偶聯(lián)對(duì)石墨烯本征結(jié)構(gòu)破壞等因素的影響，導(dǎo)致石墨烯生物傳感技術(shù)難以用于動(dòng)力學(xué)及親和力方面的檢測(cè)。
近年來，許士才博士、王吉華教授和周耀旗教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)圍繞著單晶石墨烯超痕量生物傳感技術(shù)開展了深入研究，在石墨烯生物傳感器用于動(dòng)力學(xué)及親和力方面取得了重大進(jìn)展，創(chuàng)造性地采用厘米級(jí)單晶石墨烯作為導(dǎo)電溝道研制出單晶石墨烯超痕量生物傳感器，并巧妙地運(yùn)用非共價(jià)偶聯(lián)探針的方式避免了探針分子對(duì)石墨烯本征結(jié)構(gòu)的破壞，從而推動(dòng)可靠石墨烯生物傳感技術(shù)邁出了關(guān)鍵一步。在此基礎(chǔ)上，首次采用多通道單晶石墨烯超痕量生物傳感器將分子相互作用直接以電信號(hào)變化呈現(xiàn)出來，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA雜交動(dòng)力學(xué)過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)低限為10 pM，比常規(guī)SPR低3個(gè)數(shù)量級(jí)；深入分析了石墨烯傳感器機(jī)理，并建立動(dòng)力學(xué)模型獲得了多組DNA相互作用動(dòng)力學(xué)及親和力參數(shù)，證明了這些參數(shù)的差異可實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組單個(gè)核苷酸變異進(jìn)行快速區(qū)分。該研究提供了一種以單晶石墨烯超痕量生物傳感器為工具的全新動(dòng)力學(xué)及親和力分析檢測(cè)手段，解決了SPR方法難以對(duì)小分子檢測(cè)的問題，將更低濃度相互作用體系納入了動(dòng)力學(xué)分析范圍，并且具有高通量的特點(diǎn)，從而極大拓展了動(dòng)力學(xué)及親和力的研究對(duì)象，對(duì)于發(fā)現(xiàn)生物學(xué)中相互作用的新規(guī)律，推動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析檢測(cè)方法在更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。 該工作依托德州學(xué)院生物物理省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，部分工作與格里菲斯大學(xué)（Griffith University）和山東師范大學(xué)等單位的研究人員進(jìn)行了合作。
該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11604040、61671107、11674199 和11547225）、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZR2014FQ032）和泰山學(xué)者項(xiàng)目等的支持。德州學(xué)院作為一所普通本科院校，這是在《自然通訊》上發(fā)表的第一篇以德州學(xué)院為第一通訊單位署名的論文。學(xué)校歷來重視科研工作，堅(jiān)持內(nèi)涵發(fā)展道路，近年來，在SCI三區(qū)以上期刊發(fā)表論文26篇，CSSCI期刊發(fā)表論文10篇，出版學(xué)術(shù)著作7部，獲批國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目7項(xiàng)，國家社科基金后期資助項(xiàng)目1項(xiàng)，省市級(jí)科研項(xiàng)目47項(xiàng)，獲批縱向科研經(jīng)費(fèi)500萬元。
《Nature Communications》是《Nature》子刊，2010年4月創(chuàng)刊，由英國Nature Publishing Group在線出版，2015年影響因子為11.329。該期刊主要出版自然科學(xué)領(lǐng)域具有重要突破的高質(zhì)量研究成果，其學(xué)術(shù)內(nèi)容除了生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)外，還致力于發(fā)表《Nature》系列期刊無涵蓋的一些學(xué)科的研究成果，如發(fā)育生物學(xué)、植物科學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、古生物學(xué)、天文學(xué)等，尤其歡迎跨學(xué)科研究領(lǐng)域的成果，如生物物理學(xué)、生物工程、化學(xué)物理、環(huán)境科學(xué)等。
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