科研进展医学物理中心在DNA自组装信号放大检测方面取得新进展

科研进展 | 医学物理中心在DNA自组装信号放大检测方面 取得新进展

医学物理中心在DNA自组装信号
放大检测方面取得新进展
近期,医学物理中心生物电子技术研究室杨良保研究员课题组在DNA分子自组装信号放大检测方面取得新进展。
近年来,DNA纳米技术飞速发展,刷新了人们对DNA分子的认识,它不仅作为生命遗传信息的载体,还能够利用DNA分子序列的可编程性,通过动态或静态DNA自组装,作为纳米材料应用于多个领域。杂交链式反应(hybridization chain reaction,HCR)是一种基于DNA自组装反应的信号放大技术,该体系通常包含两种或多种DNA发夹,在目标分子存在下,引发DNA发夹交替开环自组装,形成包含大量重复单元的切口双链DNA纳米结构,实现对目标分子的信号放大。HCR具有等温、无酶、操作简单和成本低廉等显著优势,在生物传感、生物成像和生物医药领域中具有重要的应用价值。然而,无目标分子下的HCR系统背景渗漏,严重降低其特异性和灵敏性,是HCR应用的一大困扰。
杨良保课题组采用分子热力学和动力学、生物化学和生物物理学等方法,系统分析了HCR渗漏途径,揭示DNA发夹的瞬时熔解是泄漏的根本原因。在此基础上,进一步提出抗渗漏DNA发夹设计的能量阈值和设计理论框架。结合表面增强拉曼光谱(SERS)检测技术,分析了代表性生物标记物hsa-miR-21-5p,证实抗渗漏DNA发夹设计理论的通用性。同时,进一步拓展抗渗漏HCR设计理论,用于miRNA家族为代表的高相似物鉴别。这些研究为提高DNA自组装信号放大的特异性和准确性提供了新的思路,有助于HCR在生物传感器开发和生物医学中的应用。
抗渗漏HCR设计原理图

固体所在宏观尺寸MXene二维材料
制备方面取得进展
近期,固体所功能材料研究室科研人员采用“自上而下”的湿化学法,成功制备了宏观尺寸V4C3Tx MXene二维材料。
MXene是通过化学刻蚀MAX相化合物(Mn 1AXn,M为前过渡金属;A为主族元素;X是C或N元素;n = 1, 2, 3)中的“A”元素而制得的一类新型二维层状材料。MXene由于具有丰富的物理和化学性质,不仅在电化学能量存储、电磁屏蔽、传感器、光/电催化等领域展现出极大的应用前景,而且在电子和光子器件方面(例如肖特基二极管、光电探测器、透明导电、电子接触材料等)也表现出优异的性能。然而,由于MXene材料通常是通过化学刻蚀MAX相化合物的多晶粉末(尺寸小于38微米)而得,因此目前所得MXene材料的尺寸为微米级甚至更小,这就限制了其在电子和光子器件上的应用。如何获得较大尺寸甚至具有宏观尺寸的二维MXene材料,成为目前亟需解决的问题。
为此,科研人员采用高温助溶剂法生长了高品质毫米级 V4AlC3单晶,在室温条件下利用氢氟酸有选择性地刻蚀掉MAX相 V4AlC3单晶的Al层,成功制备了宏观尺寸V4C3Tx MXene二维材料(如图1所示)。该工作的开展不仅为V4C3Tx MXene本征光/电性质测试提供了材料基础,而且为其它种类大尺寸MXene的制备提供了借鉴,也为MXene材料在电子和光子器件中的实际应用提供了可能性。
氢氟酸刻蚀V4AlC3单晶(左图)V4C3Tx MXene(右图);V4AlC3晶体结构示意图(中图)

核安全所核反应堆智能故障诊断
系统研发取得新进展
近日,中科院核能安全技术研究所在核反应堆智能故障诊断研究方面取得新进展,开展了基于状态信息成像技术的核反应堆全范围智能故障诊断新方法研究及系统研发,为核反应堆故障诊断方法提供了新手段。
核反应堆故障诊断系统是保障核反应堆安全稳定运行的重要系统。随着计算机、传感器和核反应堆技术不断发展,表征核反应堆运行机理和状态的监测数据表现出大数据特性,使得传统故障诊断方法难以快速分析大量数据并给出准确诊断结果。智能故障诊断系统采用人工智能和大数据技术,实现了故障诊断新模式。系统优化诊断过程,可快速、准确地识别故障。此外,该系统还可基于运行监测数据,进一步分析预测潜在故障并预警。该系统对核电厂未来实现全厂状态监测、故障诊断、故障预测具有指导意义。

研究成果示意图

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