基于硼化钴纳米阵列构筑肿瘤标志物传感界面的电化学和SERS检测研究

The project is going to prepare the electrochemical and surface enhanced Raman scattering (SERS) immunosensor based on cobalt borate (Co-B) nanoarrays. The immunosensor can be used for simultaneous detection of multiple tumor biomarkers. Co-B nanoparticles develop in-situ on the surface of Co3O4 nanowire array on Ti mesh via simple room-temperature NaBH4 treatment, leading to a self-standing Co-B nanoarray. More effective electrocatalysis requires the direct growth of Co-B nanoarray catalyst on current collector for polymer binder-free self-standing electrodes because such configuration has advantages of stronger stability, lower series resistance, and more exposed active sites. The immunoassay based on Co-B nanoarrays enabled simultaneous determination of multiple tumor biomarkers in a single run. Greatly enhanced sensitivity for cancer markers is based on a dual signal amplification strategy: (1) a large number of redox mediators labeled antibodies was immobilized on the electrode with the sandwich-type immunoassay format and the signal was then amplified owing to the superior conductivity and catalytic performance of nanomaterials. (2) the glucose oxidase and horseradish peroxidase catalyzed the oxidation of glucose and hydrogen peroxide with the aid of the Co-B nanoarrays to further enhance the current responses. A SERS immunoassay for one or more tumor biomarkers based on Au nanoparticles decorated Co-B nanoarrays is developed. This project aims to fabricate the electrochemical and SERS immunosensor for the detection of tumor biomarkers based on Co-B nanoarrays. Our designed method solves the problem of low accuracy by single technology. A new strategy based on Co-B nanoarrays for cancer biomarkers detection is developed, which is expected to greatly improve the efficiency of cancer screening at the hospital.

本项目拟制备一种新的纳米材料—硼化钴纳米阵列来构建一种同时检测多种肿瘤标志物的电化学或表面增强拉曼散射（SERS）免疫传感器。硼化钴纳米阵列是通过硼氢化钠直接原位还原氧化钴纳米阵列制备完成的。硼化钴纳米阵列无需加入粘合剂直接生长在集电器表面，这种硼化钴纳米阵列可以制备成带多个分支的电极，便于一次电化学扫描检测出多种肿瘤标志物。这种电极结构的稳定性好、可降低串联电阻、暴露更多活性位点。在免疫检测时，集流器不仅收到氧化还原探针产生的一个电流，而且还可收到硼化钴纳米阵列催化过氧化氢的氧化产生的一个增强电流，检测信号被放大，提高了检测的灵敏度。在硼化钴纳米阵列表面修饰上一层金纳米颗粒使其具有SERS活性，便于构建SERS免疫传感器。本项目旨在引入一种新的纳米材料并结合电化学和SERS两种免疫分析技术来同时检测多种肿瘤标志物，既解决了单一检测技术所面临的准确率低的问题，又有望提高医院筛选病人的效率。

癌症已经成为危害人类健康的“头号杀手”，中国癌症的年发病人数近330万，其中死亡211万。早期诊断癌症最有效的方法是检测体液中的肿瘤标志物。本项目拟制备一种新的纳米材料—硼化钴纳米阵列来构建一种同时检测多种肿瘤标志物的电化学或表面增强拉曼散射（SERS）免疫传感器。本项目从硼化钴纳米线阵列，硼化钴纳米片阵列、钴硼酸盐纳米片阵列、Cu-MOFs纳米线阵列、CuNi-MOFs纳米片阵列、NiFe空心纳米立方体和金纳米盒子入手，成功制备出电/光电化学/SERS免疫传感器，用于检测癌症相关的肿瘤标志物。本项目成功地将合成的各种纳米材料与电化学和SERS两种免疫分析技术相结合，不但提高了传感器的灵敏度和线性检测范围，而且为癌症相关的肿瘤标志物检测提供了新策略和新思路。具体的研究内容如下：.1..首次合成金和尼罗蓝A（Nile Blue A, NBA）修饰的硼化钴纳米线阵列，将其作为三维纳米阵列电极用于检测前列腺特异性抗原（Prostate specific antigen, PSA）。.2..首次合成金和硫堇修饰的硼化钴纳米片阵列，将其作为三维纳米阵列电极用于检测人绒毛膜促性腺激素（Human chorionic gonadotropin，HCG）。.3..采用钴硼酸盐纳米片阵列为电极材料，Au@Mn2O3作为标记探针，制备一种双抗夹心型光电化学免疫传感器用于检测癌胚抗原（Carcinoembryonic antigen, CEA）。.4..1,4-萘二甲酸和二价铜离子形成的核壳纳米线阵列（Cu-MOFs）用于分析检测前列腺特异抗原（PSA），我们设计的这个三维纳米阵列电化学免疫传感器具有较高的灵敏度，可以检测到4.4 fg/mL的PSA抗原。.5..为了更深入地研究肿瘤标志物的检测机理，我们设计了一个电化学传感器用于检测DNA中鸟嘌呤的实验。选择一种镍铁类普鲁士蓝中空纳米立方体，用于构建检测DNA中鸟嘌呤的电化学传感器。.6..首次通过3,5-二氨基苯甲酸和CoNi双层金属氢氧化物纳米阵列制备三维的CoNi MOFs纳米阵列电极，成功地应用于检测人绒毛膜促性腺激素。.7..首次使用金纳米盒子构建一种新型的表面增强拉曼散射探针，实现对癌症相关的半胱氨酸蛋白酶的动态监测。这种SERS探针的检测限可以达到0.127 Fm，这部分工作是与扬州大学合作完成。