新型生物分子探针在生物传感及肿瘤细胞高灵敏检测中的应用

摘要

癌症作为一种目前较难医治的疾病之一，它的准确检测及有效治疗一直是生物学、医学等相关领域的研究重点。近年来，利用纳米材料和纳米技术，并将纳米生物传感器与生化检测技术相结合，进行癌症的早期诊断与靶向治疗的研究，是相关生物技术领域中的研究前沿，因此在生物医学等领域有着非常广阔的应用前景。鉴于此，本论文探讨和研究了某些新型超分子化合物如四硫富瓦烯衍生物及其纳米生物探针在分子识别及癌细胞高灵敏检测中的应用。
　　 由于四硫富瓦烯及其衍生物具有独特的光、电性能，有可能作为生物分子探针应用于生物大分子的识别与检测中。因此，本论文工作中我们探讨研究了新型四硫富瓦烯衍生物TTF-（NBu4）2对DNA的识别作用。研究表明，该化合物与DNA之间存在较强的相互作用，因而TTF-（NBu4）2可以作为一种新型的生物分子探针。在此研究基础上，我们进一步采用TTF-（NBu4）2作为电活性探针探讨了β-环糊精和碳纳米管复合物修饰电极（β-CD/MWCNT/GCE）在生物检测中的应用。研究表明，TTF-（NBu4）2在β-CD/MWCNT修饰电极上的电化学响应明显增强并可灵敏地区分和识别不同种类的癌细胞（如白血病敏感细胞和耐药细胞，肝癌细胞SMMC-7721和HepG2细胞等），而由于细胞表面细胞膜特异性所引起的在纳米修饰电极界面上电化学行为的差异性，因而该复合纳米生物传感器可用于检测和鉴别相关不同种类的癌细胞，在癌症的早期诊断和临床疗效的监控等方面具有重要的意义和潜在的应用前景。
　　 与此同时，我们进一步研究和探讨了新型超分子化合物碳硼烷衍生物与生物大分子如蛋白质之间的识别作用。由于相关碳硼烷化合物具有的独特功能性、配位化学的丰富性，及其良好的抗癌活性，高度的稳定性和抗代谢能力，使其具有较低的细胞毒性。本工作中，我们研究了新型碳硼烷衍生物FeB与肌红蛋白之间的相互作用，研究结果显示，该碳硼烷具有良好的电化学响应，与蛋白作用以后，主客体分子的光、电性质均发生了明显的变化，表明新型碳硼烷分子探针对靶向蛋白有显著的识别作用。同时，该化合物在相关纳米复合界面上还可以可用于检测和鉴别相关不同种类的癌细胞。
　　 在相关研究工作基础上，我们进一步研究了基于复合纳米界面的生物传感器在癌细胞的识别与检测方面的应用。我们选取在亚洲人群中比较常见的、在我国发病率很高的慢性粒细胞白血病（约占白血病病例数的15％～25％）作为研究对象，用TiO2、Au和碳纳米管制成复合物与碳纤维纸结合，制成了基于复合纳米界面的生物传感器。研究结果表明，与单独碳纸和复合纳米界面相比，化学探针在覆盖有癌细胞的生物传感器上电化学响应有明显增强。而且，由于不同种白血病细胞（如敏感细胞和耐药细胞）表面细胞膜特异性所引起的在修饰界面上电化学行为和亲疏水性的差异性，此复合纳米界面传感器可用于检测癌细胞，在癌症的早期诊断和治疗过程的监控等方面具有重要的意义和潜在的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 纳米材料分子探针在生物传感及癌症诊治中的研究进展

1.3.1 纳米材料在生物传感器中的应用

1.3.2 新型生物超分子探针在生物传感及癌症诊治中的应用

1.4 实验方法及仪器介绍

1.4.1 电化学工作站(CHI660b,上海辰华)

1.4.2 透射电子显微镜(TEM)

1.4.3 紫外可见近红外分光光度计(U-4100,HITACHI)

1.4.4 荧光光谱仪

1.5.本论文工作

参考文献

第二章 新型四硫富瓦烯衍生物分子探针对肿瘤细胞的识别与检测

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 β-CD/MWCNT复合物修饰电极的制备

2.2.3 TTF衍生物的制备

2.2.4 紫外可见吸收光谱研究

2.2.5 电化学分析

2.2.6 细胞培养

2.3 结果与讨论

2.3.1 紫外可见吸收光谱研究

2.3.2 电化学分析

2.4 结论

参考文献

第三章 碳硼烷衍生物与肌红蛋白之间的相互作用及其对肿瘤细胞的识别研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.2 紫外可见吸收光谱

3.2.3 荧光光谱

3.2.4 电化学分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 紫外可见光谱实验结果

3.3.2 荧光光谱

3.3.3 碳硼烷衍生物FeB与肌红蛋白之间的相互作用研究

3.3.4 碳硼烷衍生物FeB与肌红蛋白在β-CD/MWCNT/GCE上的电化学表征

3.3.5 基于β-CD/MWCNT/GCE的碳硼烷衍生物与癌细胞的相互作用研究

3.4 结论

参考文献

第四章 基于不同TiO2/Au/CNT复合物的电化学传感及细胞的高灵敏检测

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 TiO2/Au/CNT修饰电极的制备

4.2.3 SEM表征

4.2.4 细胞培养

4.2.5 电化学检测

4.3 结果与讨论

4.3.1 TiO2/Au/CNT 修饰电极的表征

4.3.2 TiO2/Au/CNT 三种修饰电极的电化学性质

4.3.3 基于TiO2/Au/CNT 修饰电极的癌细胞检测

4.3.4 机理讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 总结与展望

硕士阶段发表的论文

致谢