基于硅基芯片的拉曼和太赫兹传感器构建及在肿瘤检测中的应用
发布时间：2021-08-05 22:53
研究背景:目前,肿瘤仍是严重威胁人类健康的疾病,全球每年肿瘤死亡例数约为820万,其死亡率高居常见疾病中的第二位。肿瘤的早期筛查和预后评估有助于提高患者检出率并增强患者治疗信心,在肿瘤的诊断和治疗中起关键作用。组织病理学活检和影像学检查是目前临床上肿瘤诊断的主要手段。作为诊断的“金标准”,组织病理学活检因其有创性而不适用于大规模筛查。影像学检查费用较高,其准确性高度依赖操作医师的个人经验,也不适合大规模开展。由于肿瘤标志物的检测具有快速、简便、无创且适合大规模开展的优势,因此越来越多的肿瘤标志物被发现及验证,并用于肿瘤疾病的大规模筛查、临床诊断和预后评估等多个方面。此外,随着高通量测序的快速发展和组学的建立,大量的生物医学数据库已被建立,并联合生物信息学方法和技术,成为肿瘤标志物筛选、评价和验证的必要途径。肿瘤及其标志物的检测技术也在不断的更新,其中生物传感器的建立,开创了高灵敏性检测的新时代。光学传感器是最常见的生物传感器之一,包括表面等离子体共振、荧光、光纤等多种传感器类型。近年来,随着以拉曼光谱和太赫兹（terahertz,THz）光谱为代表的振动光谱技术的快速发展,且具备快速、...
【文章来源】：中国人民解放军陆军军医大学重庆市
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器的基本结构[10]
陆军军医大学博士学位论文20图1-3生物传感器用于肿瘤诊断必备的主要元素[14]三、SERS传感器在肿瘤标志物检测中的研究现状拉曼光谱是一种散射光谱，可以提供分子在50-4000cm-1区间内的独特振动模式的信息，但信号比较弱。随着吸附在粗糙银电极上的吡啶分子拉曼信号被显著增强后，SERS被发现，指将化合物分子吸附在粗糙的金属表面，使其拉曼光谱信号得到明显增强，约107-1012[18-20]。SERS技术提高了拉曼检测的高灵敏度，能够获取结构和功能相似分子的“指纹”图谱。由于单个分子的拉曼特征峰光谱宽度非常窄（通常比荧光的特征峰窄10-100倍），有效减少了不同标签特征峰的重叠，因此SERS具备较强的复用能力[21]。此外，SERS技术还具备较小的光漂白效应、单一激发源可激发多种探针和水造成的背景低等优势[22]。因此，SERS是适合用于传感器的构建，且目前已构建了小分子、DNA、蛋白、酶、抗体等各个层次的传感器[22]。高灵敏度和复用能力有助于SERS技术用于体外癌症检测的分子诊断中，主要包括各种肿瘤标志物的检测，如表1-3所示[23]。血液中肿瘤标志物的检测通常被认为是肿瘤筛查的一种简单方法。常用的蛋白类物质SERS检测方法是基于免疫分析，利用特异抗体包被的SERS基底去捕获待测靶蛋白。进一步为提高检测灵敏性，添加特异性的功能化NPs构建三明治免疫分析平台，已被用于多种蛋白类标志物的检测[24]。近年来，随着微流体技术的发展，将其与SERS免疫分析相结合，可极大的缩短整个检测时间，已被
检测细胞时对细胞自身的影响进行了评估，有助于提醒相关研究人员在实验开展过程中控制检测时间和湿度，从而尽可能减少环境因素对实验结果的影响。技术路线图如图 1-4所示。 本研究共分为五个部分。第一部分：基于肿瘤微环境的多种恶性肿瘤预后相关标志物的生物信息学分析；第二部分：五种商业 SERS 活性基底的评价及金属纳米颗粒的制备；第三部分：联合增强基底和银纳米探针构建 SERS 适配体传感器检测 IGF-ⅡR 蛋白；第四部分：硅基 THz 超材料的制备、模拟及评价；第五部分：基于超材料增强的 THz光谱表征细胞活性及含水量。
本文编号：3324603
【文章来源】：中国人民解放军陆军军医大学重庆市
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物传感器的基本结构[10]
陆军军医大学博士学位论文20图1-3生物传感器用于肿瘤诊断必备的主要元素[14]三、SERS传感器在肿瘤标志物检测中的研究现状拉曼光谱是一种散射光谱，可以提供分子在50-4000cm-1区间内的独特振动模式的信息，但信号比较弱。随着吸附在粗糙银电极上的吡啶分子拉曼信号被显著增强后，SERS被发现，指将化合物分子吸附在粗糙的金属表面，使其拉曼光谱信号得到明显增强，约107-1012[18-20]。SERS技术提高了拉曼检测的高灵敏度，能够获取结构和功能相似分子的“指纹”图谱。由于单个分子的拉曼特征峰光谱宽度非常窄（通常比荧光的特征峰窄10-100倍），有效减少了不同标签特征峰的重叠，因此SERS具备较强的复用能力[21]。此外，SERS技术还具备较小的光漂白效应、单一激发源可激发多种探针和水造成的背景低等优势[22]。因此，SERS是适合用于传感器的构建，且目前已构建了小分子、DNA、蛋白、酶、抗体等各个层次的传感器[22]。高灵敏度和复用能力有助于SERS技术用于体外癌症检测的分子诊断中，主要包括各种肿瘤标志物的检测，如表1-3所示[23]。血液中肿瘤标志物的检测通常被认为是肿瘤筛查的一种简单方法。常用的蛋白类物质SERS检测方法是基于免疫分析，利用特异抗体包被的SERS基底去捕获待测靶蛋白。进一步为提高检测灵敏性，添加特异性的功能化NPs构建三明治免疫分析平台，已被用于多种蛋白类标志物的检测[24]。近年来，随着微流体技术的发展，将其与SERS免疫分析相结合，可极大的缩短整个检测时间，已被
检测细胞时对细胞自身的影响进行了评估，有助于提醒相关研究人员在实验开展过程中控制检测时间和湿度，从而尽可能减少环境因素对实验结果的影响。技术路线图如图 1-4所示。 本研究共分为五个部分。第一部分：基于肿瘤微环境的多种恶性肿瘤预后相关标志物的生物信息学分析；第二部分：五种商业 SERS 活性基底的评价及金属纳米颗粒的制备；第三部分：联合增强基底和银纳米探针构建 SERS 适配体传感器检测 IGF-ⅡR 蛋白；第四部分：硅基 THz 超材料的制备、模拟及评价；第五部分：基于超材料增强的 THz光谱表征细胞活性及含水量。
本文编号：3324603
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