基于纳米材料的肿瘤标志物检测信号增强电化学传感器研究

摘要

电化学生物传感器是通过生物大分子（抗原、抗体、酶、激素等）之间的特异性识别将目标分子与其反应的信号转化为电信号（电流、电位、阻抗、电容等），实现对生物大分子的定性或定量的检测。电化学生物传感器具有响应速度快、选择性好、灵敏度高、成本低廉等特点，已经广泛地应用于生物大分子的检测，而研究快速、灵敏、准确分析检测肿瘤标志物的电化学生物传感器在临床癌症筛查，疾病诊断和监测中具有重要意义。本论文采用夹心型双重电信号放大法和特异性识别的分子印迹法构建癌胚抗原和甲胎蛋白电化学生物传感器，具体研究内容如下：　　1、夹心型电化学生物传感器的构建及应用　　基于还原氧化石墨烯/壳聚糖/金纳米粒子（rGO/CS/AuNPs）作为感应平台和聚硫堇-金纳米颗粒（PTh-AuNPs）复合物作为信号标记，制备了夹心型电化学生物传感器用于癌胚抗原（CEA）的灵敏检测。依次在玻碳电极（GCE）上修饰还原氧化石墨烯（rGO），壳聚糖（CS）、金纳米颗粒（AuNPs）、一抗（Ab1）、牛血清白蛋白（BSA）、癌胚抗原（CEA）、二抗（Ab2）所得到的夹心型电化学生物传感器用于检测癌胚抗原。在最佳的实验条件下，癌胚抗原的浓度在0.3 ng/mL~30 ng/mL范围内，DPV峰电流与癌胚抗原的浓度呈正相关，其线性方程为：Ip (μA)=0.4900 logC+11.09，线性相关系数R2=0.9972，检出限低至0.1471 pg/mL。将这种夹心型电化学生物传感器应用于人血清样品中分析检测癌胚抗原，结果表明，所构建的夹心型电化学生物传感器Ab2-PTh-AuNPs/CEA/BSA/Ab1/AuNPs/CS/rGO/GCE具有高灵敏度、良好的稳定性和良好的选择性等优异性能，为早期癌症临床诊断提供了新的检测平台。　　2、分子印迹聚合物电化学生物传感器的构建及应用。　　制备了两种新型分子印迹聚合物（MIP）电化学生物传感器，一种是癌胚抗原-MIP（CEA-MIP）电化学生物传感器用于癌胚抗原的检测，一种是甲胎蛋白-MIP（AFP-MIP）电化学生物传感器用于甲胎蛋白的检测。MIP电化学生物传感器以聚硫堇（PTh）和金纳米颗粒（AuNPs）作为电极改性的纳米材料，有效地增强检测电信号。以癌胚抗原（甲胎蛋白）为模板分子，多巴胺（DA）为功能单体，通过电聚合，得到“PDA-CEA”（“PDA-AFP”）复合物，洗脱液洗脱功能单体，所形成的特定的空腔可以吸附目标分子。在最佳的实验条件下，采用差分脉冲伏安法（DPV）检测。对于CEA-MIP电化学生物传感器，DPV峰值电流随着癌胚抗原的浓度的增加而降低，MIP电化学生物传感器的线性响应范围为0.001 ng/mL~1000 ng/mL，其线性方程为：Ip (μA)=-0.9158 lgC-1.912，线性相关系数R2=0.9984，检出限低至0.2589 pg/mL。而对于AFP-MIP电化学生物传感器，DPV峰电流随着甲胎蛋白的浓度的增加而降低，AFP-MIP电化学生物传感器的响应范围为0.001 ng/mL~800 ng/mL，其线性方程为：Ip (μA)=-2.4344 logC-9.3309，相关系数R2=0.9905，检出限为 0.8138 pg/mL。这两种MIP电化学生物传感器在人血清样品中分析检测癌胚抗原和甲胎蛋白，所得的结果令人满意，为检测肿瘤标志物提供了新的检测方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 肿瘤标志物

1.1.1 癌胚抗原

1.1.2 甲胎蛋白

1.2 肿瘤标志物检测技术

1.2.1 酶联免疫吸附测定法

1.2.2 放射免疫测定法

1.2.3 光电化学免疫传感器测定法

1.2.4电化学发光免疫传感器测定法

1.2.5电化学免疫传感器测定法

1.3 基于纳米材料的电化学免疫传感器研究进展

1.3.1 碳纳米材料

1.3.2贵金属纳米材料

1.3.3 聚合物纳米材料

1.4 本课题的创新点、研究意义和研究内容

1.4.1 本课题的创新点

1.4.2 本课题的研究意义

1.4.3 本课题的研究内容

第二章 基于PTh/Au NPs纳米复合材料夹心型电化学免疫生物传感器检测癌胚抗原

2.1引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 纳米金的制备

2.2.3 Au NPs/CS/rGO修饰GCE的制备

2.2.4 聚硫堇-AuNPs复合材料的制备

2.2.5 免疫探针的制备

2.2.6 夹心型电化学免疫生物传感器的制备

2.3 结果讨论

2.3.1 修饰电极的表征

2.3.2 免疫探针的表征

2.3.3 优化夹心型免疫生物传感器反应条件

2.3.4 夹心型免疫生物传感器的电化学性能

2.3.5 分析实际样本

2.4 结论

第三章 基于AuNPs/PTh修饰GCE的MIPs电化学生物传感器检测癌胚抗原和甲胎蛋白

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 纳米金的制备

3.2.3 AuNPs/PTh修饰GCE的制备

3.3 CEA-MIP生物传感器的构建及应用

3.3.1 CEA-MIP生物传感器的制备

3.3.2 CEA的检测

3.3.3结果讨论

3.3.4 CEA-MIP生物传感器的电化学性能研究

3.3.5 分析实际样品

3.4 AFP-MIP生物传感器的构建及应用

3.4.1 AFP-MIP生物传感器的制备

3.4.2 AFP的检测

3.4.3结果讨论

3.4.4 AFP-MIP生物传感器的电化学性能研究

3.4.5 分析实际样品

3.5 CEA-MIP生物传感器与AFP-MIP生物传感器对比分析

3.6 结论

第四章 总结和展望

4.1本论文的工作总结

4.2 本论文的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢