基于RCA-量子点级联放大的超灵敏电化学压电生物传感器检测CTCs的关键技术研究

The detection of circulating tumor cells（CTCs）is significant for the early diagnosis, prognosis, and efficacy evaluation of tumer metastasis. The challenge regarding detection is the fact that CTCs are rare events. In order to solve the above problems, our previous study has develpoed an aptamer-based biosensor for detecting CTCs. The CTCs were rapidly and specificlly detected by the aptamer-based biosensor. However, the detection sensitivity（32 cells/mL）was not enough, and the result of biosensor was interfered by the viscosity and internal stress of reaction system. In this study, we want to establish a novel electrochemical quartz crystal microbalance（EQCM）which introduces electrochemical sensor technology to the privious studies established QCM. Thus, the resonance frequency variation could be corrected by electrochemical parameters, and the interference of viscosity and internal stress is eliminated. Furthermore, the rolling circle amplification (RCA) and quantum dots are combined to establish the biological signaling cascade technology in order to improve the detection sensitivity of EQCM. Subsequently, the response mechanism of EQCM in liquid phase will be built by detecting the thermodynamic and kinetic parameters. Finally, a novel ultrasensitive EQCM is established for CTCs detection. The present study aims to provide new method for earlily identifing the tumer metastasis and investigating the mechanisms.

循环肿瘤细胞（CTCs）检测对肿瘤转移的早期诊断、患者预后及疗效评估具有重要意义。由于CTCs数目极少，使得其检测一直受到挑战。前期研究中我们创建了用于CTCs检测的适配子型生物传感器，实现了CTCs快速、特异性的检测，但仍存在灵敏度（32个细胞/mL）不够高和反应体系中粘度及内部应力对结果干扰等问题。为此，本项目拟在前期QCM传感器研究的基础上，引入电化学传感技术，构建新型电化学压电生物传感器（EQCM）检测技术平台，以电化学参数对谐振频率变化进行校正，消除反应体系中粘度及内部应力的干扰。通过滚环扩增与量子点的有机结合建立生物信号级联放大技术，以提高EQCM的检测灵敏度。进一步通过检测热力学和动力学参数，阐明EQCM的液相响应机理，为其在液相检测中的应用奠定理论基础。最终创建一种全新的超灵敏EQCM传感技术平台，实现CTCs的快速高灵敏检测，以期为肿瘤转移的早期诊断及其机制研究奠定基础。

本研究成功地构建了新型多通道QCM检测系统，明确了QCM传感器液相中的生物学反应规律，并通过引入电化学传感技术，搭建了电化学生物传感器检测技术平台。与此同时，筛选了循环肿瘤细胞特异性结合的适配子，并通过将生物传感器的高灵敏度与适配子的高特异性和高亲和力有机结合，构建了用于K562细胞检测的适配子型电化学生物传感器检测技术及用于MCF-7细胞检测的非标记适配子型生物传感器检测技术，明确了其检测灵敏度、线性范围等基本参数，实现了循环肿瘤细胞的快速、高灵敏检测。进一步探索和优化了固相RCA的反应条件，建立了QCM传感器原位线性RCA扩增方法，提高了传感器的检测灵敏度。研究后期，成功地将超材料传感器引入到生物医学检测领域，搭建了用于甲胎蛋白检测的双开口谐振环型超材料生物传感器技术，为临床肿瘤标志物检测提供了新的平台。本课题综合利用QCM传感器、电化学传感器和谐振环型超材料传感器，建立了具有高灵敏度、高特异性的生物传感器检测技术，实现了循环肿瘤细胞和蛋白标志物的快速、高灵敏检测，为临床肿瘤转移的早期诊断、患者预后及疗效评估提供了全新的方法。研究结果在国外SCI期刊发表论文2篇（总影响因子：16.002），国内CSCD期刊发表论文3篇，获得国家发明专利4项。