基于图案化亲疏水阵列的生物传感芯片用于前列腺癌标志物的检测

Prostate cancer is one of the major malignant tumors that threaten the health of men worldwide. Highly sensitive detection of prostate cancer biomarkers is critical in clinical applications, including early diagnosis, treatment monitoring, and recurrence prediction. We previously discovered that the superwettability of the sensing interface is one of the key factor to influence the sensitivity. This research program will focus on developing the patterned superhydrophilic array on superhydrophobic biochip for the detection of prostate cancer biomarkers, including prostate specific antigen, miRNA-375 and miRNA-141. Superhydrophobic TiO2 nanoparticles will be prepared and used to construct the superhydrophobic biochip. Given the photocatalytic effect of TiO2 nanoparticles, switch between superhydrophobicity and superhydrophilicity can be realized. To improve the sensitivity, enrichment of target amplification and 1:N signal amplification will synergetic used for the detection of various prostate cancer biomarkers. To improve the selectivity and accuracy, multicriteria biosensing model will be demonstrated, which is helpful to reduce the false result. Furthermore, clinical sample-based database will be established to validate the reliability of the proposed biosensing strategy. This research program will exhibit its superiority in the early diagnosis and post-operation monitoring of prostate cancer.

前列腺癌是当前威胁全世界男性健康的主要恶性肿瘤之一，对低浓度的前列腺癌标志物进行有效检测有利于前列腺癌的早期诊断、治疗监测及复发预测，具有重要的临床意义。我们前期研究发现，改变生物传感界面的浸润性能够提高检测的灵敏度，实现血样中痕量生物分子的检测。本项目拟采用紫外光刻技术构建图案化的纳米二氧化钛亲疏水阵列作为生物传感芯片，运用“富集靶标信号放大技术”协同“N次循环信号放大技术”来提高检测的灵敏度，用于前列腺特异性抗原、miRNA-375、miRNA-141的高灵敏检测。发展面向不同前列腺癌标志物的多层次检测系统，建立多指标联用的前列腺癌诊断模型，从而提高芯片检测的特异性，降低假阳性。结合临床患者血样对建立的前列腺癌标志物检测技术进行临床验证，进一步修正研究方法，提高检测的有效性。期望通过本项目的研究，能够为发展新的前列腺癌诊断、监测方法提供基础，协助前列腺癌的早期诊断、指导治疗和预后判断。

前列腺癌是当前威胁全世界男性健康的主要恶性肿瘤之一，对低浓度的前列腺癌标志物进行有效检测有利于前列腺癌的早期诊断、治疗监测及复发预测，具有重要的临床意义。本项目通过设计超润滑和超浸润（超亲水/超疏水）传感界面，运用“富集靶标信号放大技术”协同“N次循环信号放大技术”来提高检测的灵敏度，用于前列腺特异性抗原、miRNA、凝血酶等多种生物标志物的高灵敏检测。利用pH响应特性构筑了超疏水/超亲水转换界面，建立了基于接触角变化的可视化检测方法，对前列腺特异性抗原的检测限低至3.2 pg/mL，实现了前列腺癌患者与普通人临床血样可视化鉴别；通过发展超润滑油凝胶可视化传感界面，对miRNA21检测限达到1 pM，实现了miRNA高表达细胞系识别；ATP检测限低至50 pM，灵敏度比比色法提高2个数量级，并实现了细胞内ATP浓度变化检测；凝血酶检测限为0.8 nM，可以在人血清样本中实现加标回收。发展了面向不同标志物的多层次检测系统，建立了半定量可视化检测器件，从而提高了检测的特异性，降低假阳性。结合临床患者血样、细胞样本及多种环境样本对建立的标志物检测技术进行实际样本验证，进一步修正了研究方法，提高了检测的有效性。通过本项目的研究，为发展新的前列腺癌等疾病诊断、监测方法提供了理论基础，可有效协助前列腺癌等多种疾病的早期诊断、指导治疗和预后判断。