循环肿瘤细胞电化学微阵列传感新方法研究

The early determination of the peripheral blood circulating tumor cells (CTCs) for the early diagnosis and efficacy evaluation of the tumor is significantly important. The project proposed research topic of electrochemical microarray biosensors for the detection of circulating tumor cells. We intend to construct the electrochemical microarray biosensors and to establish new methods with high sensitivity and selectivity for the detection of CTCs using antibody, aptamer and peptide of the surface of tumor cells high expressed receptor as molecular recognition substances and combining with nanotechnology and microarray technology. Furthermore, we will apply the fabricated the microarray biosensors to the early diagnosis of cancer patients and the research of interactions between CTCs and anticancer drug. Firstly, we will design and fabricate several novel base microarray electrodes and synthesize multi-functional electrochemical probes through the biological recognition molecules marked with electroactive material. Secondly, we will research the immobilization methods of antibody, aptamer, and peptide on the surface of base microarray electrodes. After then, we will lucubrate on the methods of online preconcentration for CTCs and the amplification strategies of electrochemical detection signal. At last, we will research and solve the problems of the tumor cell inactivation, non-specific adsorption interference and the chemical and biological disturbance from the integration of microarray biosensors. The project will provides the devices and new analysis methods for basic and applied research of CTCs detection, and promotes the research of biosensors and biochips for tumor cells detection.

检测外周血循环肿瘤细胞（CTCs）对肿瘤的早期诊断及疗效评估等具有重要意义。本项目提出循环肿瘤细胞电化学微阵列传感新方法的研究课题。拟采用肿瘤细胞表面高表达受体的抗体、适体和多肽作为分子识别物质，结合纳米和微阵列技术，研制高灵敏度高选择性检测CTCs的电化学微阵列生物传感器，建立检测CTCs的新方法，并应用于癌症患者的早期诊断和CTCs与抗肿瘤药物相互作用研究。设计制备多种基础微阵列电极；合成电化学活性物质标记分子识别物质的多功能电化学探针；研究抗体、适体和多肽捕获探针在基础微阵列电极上的固定化新方法；深入研究CTCs在线富集方法及电化学检测信号放大策略；研究解决传感界面上肿瘤细胞失活和非特异性吸附干扰以及由集成化带来的化学和生物干扰等问题。该项目将为CTCs检测的基础和应用研究提供器件和分析新方法，将促进肿瘤细胞检测相关生物传感器和生物芯片的研究。

该项目为专项基金项目，期限为一年。项目获得资助以来，我们按照项目申请中提出的技术路线和研究方法，顺利完成了预期研究目标，获得了满意的研究成果。本研究项目以构建高灵敏度、 高选择性电化学生物传感器为主线，以石墨烯及其功能化纳米复合材料构建灵敏的电化学仿生传感界面，建立可以灵敏检测生物活性物质的传感新方法为目的，在信号物质和识别物质的设计合成、传感器的设计构建、传感机理的探讨和分析应用方面进行了较为深入的研究。(1)首次建立了通过氧化还原探针亚甲基蓝液相剥离技术从天然鳞片石墨一步法直接制备电化学功能化石墨烯纳米复合材料的方法，为制备功能化的石墨烯纳米复合材料提供了一种简单、廉价、绿色的合成途径（Nano Res. 2012, 5, 875-887. IF=7.392）；(2)设计并构建了一类新的具有良好生物兼容性的纳米仿生传感界面，即聚赖氨酸/氧化石墨烯（PLL/GO）自组装膜，该生物界面大大提高了白血病悬浮肿瘤细胞K562的贴壁性能，并可以保持其贴壁后的细胞活性，使细胞电化学传感研究不再局限于贴壁型细胞；在此基础上，以K562肿瘤细胞作为研究模型，基于电化学氧化还原探针在传感界面上发生电子转移交流阻抗的变化，进一步构建了肿瘤细胞电化学阻抗传感新器件，建立了一种具有普适性的、无需标记、无破坏、高灵敏、廉价、快速的细胞检测分析新方法（Biosens. Bioelectron. 2013, 42, 112-118. IF=5.437）；(3)研究发现，石墨烯对黄酮类化合物黄芩素具有优异的电化学催化活性；研究了石墨烯对黄芩素电化学催化的机理；研制了一种具有高灵敏度、高稳定性的纳米组装电化学传感器，建立了一种在生理条件下，可以灵敏检测黄芩素的电化学伏安分析新方法（Electroanalysis, 2013, 25, 2136-2144, IF=2.817）。这些研究成果为肿瘤细胞及药物分子检测的基础和应用研究提供了器件和分析新方法，将促进肿瘤细胞检测及药物筛选相关生物传感器和生物芯片的研究。发表SCI源刊论文3篇（平均IF=5.215），培养硕士研究生2名。