基于导电水凝胶构筑超灵敏、稳定的非标记电流型肿瘤标志物传感界面的新方法研究

Label-free amperometric-type immunosensors are one of the widely studied electrochemical methods. In the current construction process of the label-free immunosensing platform, however, there are two modes to obtain the current signals in detecting. One is to put high concentrations of electroactive substance which can offer electrochemical signals in testing solution; and the other one is electroactive substance absorbed or encapsulated on the electrode surface. The former is possible to decrease the biological activity of antibody and antigen, resulting in poor response performance. The latter brings the problem of electroactive substance leak and desorption, leading to loss of reproducibility and stability. For above problems, this project introduces the general thought which includes design, synthesis and application. Conducting hydrogels with good electrical conductivity and film formation are designed and synthesized through non-covalent cross-linking method. These conducting hydrogels are equipped with electrochemical signals for electrochemical immunoassay. New method constructing label-free immunosensing interface for cancer biomarkers will be investigated. These immunosensing platforms will exhibit the advantages of simple operation, high sensitivity, and good stability. The results of present projects will be of great significance for the development of label-free immunosensors and the exploitation of new method for early diagnosis of cancer.

非标记电流型免疫传感器是目前广泛研究的电化学检测手段之一。然而，目前在非标记电流型免疫传感界面构建包括两种模式，即需要在测试液中加入较高浓度的电化学活性物质（提供电化学信号）或者将电化学活性物质吸附（或封闭）到电极表面。前者会影响电极表面抗体或抗原活性，进而降低检测灵敏度（单位浓度抗原引发的电流变化）和稳定性，后者在电极表面的电化学活性物质容易泄露和脱附，进而影响检测的重现性和稳定性。针对非标记电流型免疫传感界面构建存在的问题，本项目拟采用“设计−合成−应用”的总体研究思路，利用非共价交联法设计和制备具有良好导电性和成膜能力强的导电水凝胶。该水凝胶将直接提供电化学免疫传感器检测所需的电化学信号，以肿瘤标志物为检测对象，研究构建非标记电流型传感界面的新方法。该传感界面将具有操作简单、灵敏度高和稳定性好等优点。该项目成果将对非标记电流型免疫传感器的研制和癌症早期诊断新方法的开发具有重要意义。

非标记电流型免疫传感器通常需要将高浓度电化学活性物质加入到测试液或利用传感界面富集电化学活性物质提高检测灵敏度。但前者会影响免疫传感界面抗体抗原活性，后者易引起电化学活性物质泄露和脱附，导致检测重现性和稳定性降低。针对以上问题，本项目设计制备了一系列新凝胶体系，改进这种状况。在交联剂存在下，电化学信号物质通过配位作用、化学偶联以及氢键、静电吸附与凝胶单体结合，在电极表面一步法原位形成导电水凝胶。该系列水凝胶因巨大的比表面积可富集大量电化学活性物质，表现出显著放大信号作用，提高检测灵敏度；同时由于电化学活性物质牢固地固定在凝胶中，表现出良好的信号稳定性，提高了检测稳定性和重复性。该项目取得的研究成果将对非标型电流型免疫传感器的应用具有重要意义。..主要研究内容： .1、设计制备了18种具有高电化学活性的导电水凝胶. （1）借助配位作用，设计制备了9种过渡金属离子交联导电水凝胶：海藻酸钠 (SA)-Cu2+水凝胶、SA-Pb2+水凝胶、SA-Fe3+水凝胶、SA-Ti4+水凝胶、壳聚糖 (Chit) -聚多巴胺-Pb2+水凝胶、Chit-聚二烯丙基二甲基氯化铵-Pb2+水凝胶、Chit-Pb2+水凝胶、均苯三甲酸-Fe3+水凝胶、植酸-Pb2+水凝胶。. （2）通过化学偶联、氢键和静电吸附，设计制备了3种有机小分子掺杂的导电水凝胶：乙烯基二茂铁-聚苯胺水凝胶、醛基二茂铁-Chit水凝胶、亚甲基蓝(MB)-SA-Ca2+水凝胶。. （3）借助氢键和静电吸附，设计了6种聚合染料掺杂的新型导电水凝胶：聚硫堇分别掺杂的聚吡咯和聚苯胺水凝胶、聚邻苯二胺-SA-Ca2+水凝胶、PMB-SA-Ca2+水凝胶、聚N,N'-二苯基对苯二胺-SA-Ca2+水凝胶、聚3,3',5,5'-四甲基联苯胺-SA-Ca2+水凝胶。.2、以肿瘤标志物为检测对象，利用18种高电化学活性导电水凝胶，构建了21种新的非标记电流型免疫传感界面，实现了肿瘤标记物的高灵敏和稳定检测。..科学意义：. 利用电化学活性导电水凝胶作为基底材料，显著提高了非标记电流型免疫传感器对肿瘤标记物检测的灵敏度和稳定性。该项目取得的研究成果对于癌症的早期预警检测和预后监测以及其他疾病标志物的检测都具有重要意义。