生物相容性聚合物/金复合纳米粒子的制备及其构建电化学免疫传感器的研究

Electrochemical immunosensors, which combine the electrochemical technology with immunoassay, have important significance to achieving early detection, diagnosis and treatment of the tumor, with their advantage of good selectivity, high sensitivity, rapid analysis, and simple measurement. The study on finding the methods on immobilizing immune molecules (antigen or antibody) with retention of their biological activity, and designing signal amplification probe are considered to be the two of the most important point of the immunosensor construction. Based on the previous research, the purpose of this project is to synthesize polymer/gold composite nanoparticles with good biocompatibility. The composite nanoparticle exhibiting a large specific surface area can increase the adsorption amount of immune molecules, which could be immobilized on the composite nanoparticle by its strong adsorption with gold. At the same time, the nanoparticles with biocompatible polymer can protect the spatial structure of the immune molecule and its biological activity. We will also study on the construction of immunosensor interfaces with high sensitivity through the method of the self-assembly by covalent bonding and electrostatic interaction. On the base of the functional group of the polymer,the redox mediators, which have been modified on the immunosensor interfaces, are inroduced into the examination. By combining the synergetic catalysis of Pt nanoparticles and horseradish peroxidase, we could develop a new method for enhancing the signal of the electrochemical immunosensors.

电化学免疫传感器是将电化学分析方法与免疫学技术相结合发展起来的一类生物传感器，具有选择性好，灵敏度高，分析速度快，操作简便等优点，对肿瘤的早期发现、诊断和治疗具有重要的意义。如何将免疫分子（抗原或抗体）有效固定到电极表面并保持其生物活性以及设计增强信号响应的探针是构建电化学免疫传感器最为重要的两个方面。本项目在课题组前期研究的基础上，拟制备具有良好生物相容性的聚合物/金复合纳米粒子；通过免疫分子和金表面的强吸附作用来实现其固定；利用复合纳米粒子大的比表面积提高免疫分子的固定量；采用具有生物相容性的聚合物稳定免疫分子的空间结构，保持免疫分子在纳米粒子上固定后的生物活性；研究化学键合自组装和静电吸附自组装构建高灵敏免疫传感界面的方法；基于复合纳米粒子中聚合物含有的功能基团，将氧化还原探针分子引入传感界面，结合铂纳米粒子和辣根过氧化氢酶的协同催化作用，探索电化学免疫传感器信号增强的新方法。

生物传感器以其专一性强、灵敏度高、操作简便和容易实现实时在线检测等优点，已成为现代生命科学及生物分析化学的研究热点。而电化学免疫传感器由于在肿瘤的早期发现、诊断和治疗方面的潜在应用而被广泛关注。本项目利用铜离子络合引发体系在牛血清蛋白（BSA）上接枝聚合物制备壳层为蛋白的核壳纳米粒子，利用蛋白具有的巯基修饰金纳米粒子，制备出具有良好生物相容性的聚合物/金复合纳米粒子。进一步利用BSA蛋白含有的氨基来修饰氧化还原探针分子二茂铁，并以葡萄糖氧化酶（GOx）为模型分子，研究了上述复合纳米粒子在电流型生物传感器中的应用。结果表明，粒子壳层的蛋白提供了良好的微环境，有利于生物分子的活性保留，使得构建的传感器具有响应速度快和灵敏度高的特点。在此基础上，利用壳层具有二茂铁的聚合物/金复合纳米粒子负载癌胚抗原（CEA），用于构建电化学免疫传感器。在5.0-9.0的pH范围内，CEA免疫传感器都表现出较好的电流响应，表明传感器可以在较宽的pH值范围内实现检测。在CEA浓度范围为5-160 ng/mL，传感器都展现出良好的线性响应，且具有较高的灵敏度。通过静电作用成功实现在四氧化三铁（Fe3O4）表面包覆BSA，用于免疫传感界面的构建，大幅提升了传感器的检测限和抗干扰性能，且制备的传感器在室温下储存30天，电流响应变化低于7%，体现出了较好的储存稳定性。结合吡啶合钴研究了氧化还原探针分子对免疫传感器信号增强的影响，结果表明通过静电修饰的氧化还原探针分子不仅可以实现免疫传感器的信号放大，同时可以提升传感器的储存稳定性。通过本项目的开展，制备出具有良好生物相容性的聚合物/金复合纳米粒子用于构建免疫传感器，探索了氧化还原探针分子对传感器响应信号的影响，获得电流型免疫传感器信号增强的新方法，为制备高灵敏电流型免疫传感器提供了一定的理论依据和方法指导。