基于新型功能化纳米材料传感器的构建及其在癌症早期检测中的应用

发布时间：2018-10-10 06:29

【摘要】：据统计,中国每年新增癌症患者约有170万人,每年大约有140万人因癌症死亡。在我国众多城镇居民的死亡原因中,癌症是死亡的第一原因。大部分癌症患者确诊是在晚期,而如果能够在早期确诊,利用现有条件我们可以有效控制病情并大大降低死亡率。所以在生命科学领域,实现癌细胞的早期发现和诊断具有重要的实际意义。迄今为止,世界各国在癌症的预防、诊断、治疗方面都投入了大量的人力和物力。癌症可以致死,主要是因为肿瘤的侵袭,转移和复发,超过50%的患者死于癌症导致的多种并发症。癌症标记物是在癌细胞内或组织液中异常表达,主要包括：碳水化合物、蛋白质、激素、酶、癌症基因产物等。它也包括一些宿主因为体内恶性肿瘤反应而产生的物质。利用化学分析技术对癌症进行早期的早期检测已经成为了生物医学领域的一个重要发展方向。越来越多的实验证据表明：细胞表面跨膜糖蛋白上多聚糖的过度表达与癌细胞的转移和复发有着密切关系,同时,真核细胞内钙调蛋白的表达也和癌症的进展有着一定联系。目前,质谱、核磁共振技术、亲和层析技术、X-射线晶体技术等已经应用于癌细胞的早期检测及动态分析。但是这些技术一般需要较长的检测时间、昂贵的仪器和成本、复杂的预处理步骤,并且很难实现活细胞标记物的原位检测。因此,探索研究新型快速简单、灵敏度高、选择性好的分析方法已成为癌症检测技术发展的必然。本论文分为以下几个部分：第一章：绪论本章重点对于生物传感器的工作原理、应用及分类等方面做了具体介绍,并列举了近年来电化学生物传感器在免疫分析、DNA检测、蛋白分析等方面的应用。本章介绍了几种新型的癌症标记物并对它们的研究进展做了一定概述。在本章末尾对于本论文的工作意义和具体工作做了简要概述。第二章：基于功能化碳纳米球和聚苯胺电化学信号放大策略的新型细胞传感器的构建众所周知,细胞表面唾液酸(SA)的过表达是癌细胞的显著特征之一。在本章中,我们设计了一种新型的检测策略,利用其实现了对癌细胞表面唾液酸的检测及定量分析。我们利用3-氨基苯硼酸(APBA)修饰的碳纳米球作为癌细胞表面唾液酸的识别元件,利用辣根过氧化物酶(HRP)作为信号放大元件从而得到了良好的选择性和灵敏度。HRP在有过氧化氢存在的条件下可以催化氧化苯胺生成聚苯胺(PAn)。在DPV扫描信号时,由于PAn较正的检测电位,可以避免底液中微溶的氧气的还原峰干扰。基于功能化碳纳米微球和信号产物聚苯胺的双重信号放大作用,该细胞传感器已经成功地应用于癌细胞表面的唾液酸的定量分析。在对MCF-7细胞(人类乳腺癌细胞)和BGC-823细胞(人类胃癌细胞)的检测过程中,该细胞传感器分别在5.0×102～1.O×106 cells/mL和1.0×1031.0×106cells/mL的线性范围内有着良好响应,检测下限分别为25 cells/mL和800 cells/mL。该方法为癌细胞表面唾液酸的研究和癌症的诊断提供了一定的应用前景。第三章：基于Au@BSA和CNS/AuNPs信号放大策略的细胞传感器的构建在本工作中,我们利用具有三维结构的Au@BSA微球和CNS/AuNPs构建了一种新型的细胞传感器用以分析细胞表面的唾液酸。Au@BSA微球能够被固定在金电极表面为ConA(刀豆凝集素)的固定提供一个良好的基底,而ConA能够和癌细胞表面的甘露糖和N-聚糖中的三甘露糖苷进行有效的特异性结合。SNA-CNS/AuNPs-HRP标签是将SNA(接骨木凝集素)和HRP修饰在CNS/AuNPs表而,它不仅可以特异性的识别细胞表面的唾液酸(SA),而且可以利用HRP的催化作用催化对苯二酚(HQ)产生电化学信号。基于Au@BSA微球和SNA-CNS/AuNPs-HRP标签信号放大策略构建的细胞传感器已被成功应用于癌细胞表面唾液酸过表达的检测研究,对于BGC-823 cells和 MCF-7 cells的细胞检测,检测下限分别可达4 cells/mL　和 120 cells/mL。同时,通过利用唾液酸酶处理的癌细胞的对比实验,也进一步验证了实验的可行性。因此,该策略为癌细胞表面唾液酸过表达的早期检测和相关诊治提供了一定的研究思路。第四章：基于双层酶标签和生物沉淀策略的新型免疫传感器的构建钙调蛋白(CaM)在细胞体内无处不在,参与了细胞内和细胞间的许多生理代谢过程,而且,近年来的研究发现其与癌细胞的生长和增殖也存在密切联系。在本工作中,我们基于双层酶标签、金爆米花纳米粒子(Aupopcom, Aupc)和介孔碳(Mesoporous Carbon, MC)、生物沉淀的信号放大作用构建了一种三倍信号放大策略的新型钙调蛋白免疫传感器。该免疫传感器利用介孔碳MC和金纳米粒子Au NPs来固定Ab1。在与钙调蛋白完成特异性培养后,双层酶标签{HRP-Aupopcorn-Ab1}纳米生物复合物和{]HRP-Ab2}被依次特异性结合培养。最终在特定的催化条件下,双层酶标签上大量的HRP会催化4-chloro-1-naphthol(CN)生成生物沉淀,从而在传感器的表面生成一层导电性较差的薄膜。传感器表面生物沉淀随着钙调蛋白量的增加会有不同程度的增加,从而导致电子转移速率的不断减小,我们通过分析检测底液中电子媒介体电化学信号的变化可以实现钙调蛋白的定量检测。在实验最佳条件下,测定钙调蛋白的线性范围为5.0pg/mL～100 ng/mL,检出限为1.5 pg/mL。该传感器显示出了良好的稳定性和灵敏度,为钙调蛋白的检测和癌症的研究提供了一种新的思路。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TB383.1

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