利用纳米传感器在单细胞水平筛选抗白血病肿瘤药物

目前抗肿瘤药物的筛选效率低下，造成人力物力的严重浪费。肿瘤细胞模型筛选是临床试验前药物筛选流程里最普遍的筛选环节，提高细胞模型的筛选效率也成了制药领域研究热点。本研究将充分发挥纳米线场效应晶体管在高灵敏度、高选择性、免标记、实时和高通量检测等方面的独特优势，针对传统的细胞筛选系统分析的参数少，提供的信息有限，难对肿瘤组织的状态，特别是药物对细胞、机体的作用效果做出综合、全面和深入的分析以及肿瘤细胞系与体内肿瘤组织中的细胞的差异较大等关键问题，选择直接来自人体的肿瘤细胞或原代培养细胞作为药物筛选的分析系统,在单细胞水平通过对白血病的单细胞蛋白质组学和信号网络检测来实现抗肿瘤药物筛选。此方法还可用于像肺癌、肝癌、胃癌和食管癌等影响我国人民健康的主要癌症治疗药物的筛选，有极大潜力在医学和生命科学等领域有突破性进展。

石墨烯作为一种单原子层二维纳米材料具有优异的电子传输性能和较大比表面积，在电化学检测、分析方面显示出独特的优势，但其卷曲、团聚、缺少活性位点等阻碍了石墨烯在电化学传感领域中的应用。本项目以还原的修饰氧化石墨烯基材料代替硅纳米线构建了生物相溶性好、灵敏度高的电化学纳米传感器，首先在氧化石墨烯上修饰氨基酸和多肽改善了其生物相溶性，修饰氧化石墨烯在ITO电极上原位还原后，用层层组装法将金纳米颗粒和辣根过氧化酶修饰到石墨烯电极上，构建了细胞传感器的生物功能界面，实现了对活细胞受药物刺激后细胞内外产生过氧化氢情况的全面实时检测分析，且具有准确度高、灵敏度高、选择性好、线性检测范围宽等优点；其次，我们采用溶剂热法将含氮官能团引入到石墨烯纳米材料中，所制备得到的氮掺杂石墨烯量子点具有非常强的双光子荧光，成功用于细胞和深层组织双光子成像；后续工作中通过掺杂方法的改进，我们将氮原子和硫原子共同掺杂到石墨烯材料中，借助不同组分的协同作用，进一步改善了石墨烯的电化学性质，拓展和增强石墨烯的电化学效应，所制备得到的N,S双掺杂石墨烯修饰电极可以对重金属离子实现有效的电化学传感。总的来讲，基于石墨烯材料的纳米传感器成功实现了其对活细胞受药物刺激后的实时监测和分析，对在单细胞水平进行抗肿瘤药物筛选具有重要的意义。