2024年分析測試科學獎一等獎：基于框架核酸的高靈敏多元生物分析
完成單位：上海大學、祥符實驗室、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
完成人：王麗華，諸穎，閆慶龍，夏凱，馮世倫，趙建龍，李江，趙磊，樊春海
成果簡介：面向人民生命健康，基于框架核酸的優(yōu)異性能發(fā)展一系列高靈敏、高特異性生物探針用于生物體內(nèi)特定靶標的選擇性檢測，為提升臨床診斷能力提供新的思路。圍繞影響活體的多種物理、化學和生物刺激，提出了使用可編程 DNA 納米帶自組裝誘導增強熒光、電化學發(fā)光的概念，構(gòu)建多功能框架核酸探針高靈敏檢測多種功能分子，結(jié)構(gòu)-功能同時分析揭示復雜物理、化學和生物反應過程和作用機制。圍繞臨床自動化檢測的需求，研制了全流程的“樣本進-結(jié)果出”生理樣本核酸純化、快速擴增和檢測裝備，研發(fā)基于生物微流控芯片的POCT診斷裝備，為高通量、特異性檢測提供了保障，有望為疾病的早期診斷和精準治療提供新的手段。相關成果發(fā)表在Nature，Nat. Mach. Int.，Nat. Commun.，JACS，Angew.等期刊，授權(quán)發(fā)明專利多項。申請人團隊獲國家自然科學二等獎和上海市自然科學一等獎（4/5）、國家杰出青年基金以及優(yōu)秀青年基金資助。
創(chuàng)新點及科學價值：發(fā)展多種基于框架核酸的新穎光學、電化學傳感分析方法，極大提升了檢測的靈敏度與通量。充分利用框架核酸可編程結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，增強靶標結(jié)合親和力，開發(fā)具備高靈敏、多靶標檢測性能的探針，特別在細胞內(nèi)低豐度靶標檢測中表現(xiàn)優(yōu)越，提出了新型多模態(tài)檢測原理。構(gòu)建高時空分辨的智能分子機器，結(jié)合超分辨成像技術，為復雜細胞信號的精準監(jiān)測提供新工具。創(chuàng)新性的構(gòu)建通用性數(shù)字計算的DNA可編程門陣列（DPGA）解決分子靶標的線性分類問題，為傳感檢測的準確性和自動化提供了新型路徑。設計集成了樣品采集、富集、反應、分離檢測等功能單元的微流控芯片，實現(xiàn)了臨床樣本中標志物的有效純化、富集和檢測。開發(fā)高通量POCT核酸檢測一體機，結(jié)合多通道微流控芯片與片上磁控技術，滿足臨床精準快速檢測需求。
社會經(jīng)濟效益：本成果引起了國內(nèi)外同行的廣泛關注和積極評價，基于框架核酸構(gòu)建的一系列高靈敏、多功能生物探針，為精準檢測重大疾病靶標分子提供了全新技術，開發(fā)的多模態(tài)熒光、電化學檢測方法有望提升診斷準確性和效率。項目成果已獲多項專利授權(quán)，并在檢測設備開發(fā)和臨床應用中展現(xiàn)了廣泛潛力，其中大腸桿菌檢測芯片及其儀器和核酸純化POCT一體核酸診療檢測芯片及其儀器，已經(jīng)完成現(xiàn)場測試應用，并獲得示范應用證明，進入推廣應用階段。
應用前景：框架核酸探針因具備優(yōu)異的生物相容性、可編輯性、高穩(wěn)定性和易制備性，在腫瘤等重大疾病的早期精準診斷中具有極大潛能。本成果發(fā)展了一系列高靈敏、高特異性的框架核酸探針，揭示其作用機制，研發(fā)基于生物微流控芯片的診斷設備，實現(xiàn)了對復雜樣本的快速、高效檢測。不僅推動了基礎科學理論的深入發(fā)展，也為納米診療試劑的開發(fā)、評估及臨床應用提供了有效手段，為疾病早期診斷和精準醫(yī)療帶來了可靠的技術支撐。
