基于3D-GN基纳米复合材料构建高灵敏电化学免疫传感器用于肺癌标志物检测的研究

Lung cancer is one of the most commonly lethal tumor in the world today, the important reason of poor prognosis is the difficult diagnosis early. High sensitive immunoassay is one of the important means of early diagnosis for lung cancer markers in serum. The purpose of this project is to construct high sensitive electrochemical immunosensor for lung cancer markers detection, using the efficient electrochemical performance and inherent chemical stability of three dimensional porous graphene-based nanocomposites, combined with the high specificity of the immunoassay, to establish new methods and technologies to detect lung cancer markers Cyfra21-1. Research focus on three aspects: (1) we propose to design and synthesize high performance of three dimensional porous graphene-based nanocomposites, to construct new types of electrochemical detection platform with excellent performance; (2) we will prepare immune sensing probes with high trapping force, in order to accurately capture low levels of tumor markers in serum; (3) we develop new types of signal amplification system to enhance the electrochemical signals, to establish new electrochemical immunosensors with more efficiency. Compared with traditional methods, this method has significant advantages of fast testing, low cost, and high sensitivity, it is of great significance for rich theoretical guidance and practice in immunoassay of clinical diagnosis, drug treatment, environmental analysis.

肺癌是当今世界各国最常见的致死肿瘤之一，其预后不良的重要原因在于早期诊断困难。对血清中肺癌标志物进行高灵敏免疫分析检测是实现肺癌早期诊断的重要手段之一。项目以构建高灵敏电化学免疫传感器用于肺癌标志物检测为目标，利用三维多孔石墨烯纳米复合材料的高效电化学性能和固有的化学稳定性，与高特异的免疫分析手段相结合，建立以肺癌标志物Cyfra21-1为检测对象的新方法和新技术。重点开展三方面研究：(1) 探索合成高性能的三维多孔石墨烯纳米复合材料，构建性能优异的电化学检测平台；(2) 制备高捕捉力的免疫传感探针，以期能准确地将血清中低含量的肿瘤标志物捕获到免疫传感探针上；(3) 发展新型信号放大体系用于增强电化学信号，并据此建立高效的新型电化学免疫传感器。与传统方法相比，该方法具有检测快速、成本低、灵敏度高等显著优势，对丰富临床诊断、药物治疗、环境分析等领域免疫分析理论和实践具有重要意义。

癌症是严重威胁人类生命和健康的恶性疾病之一，肺癌的发病率和死亡率目前已排在第一位。其预后严重原因在于早期诊断困难。因此，及时、准确地检测出血清中肺癌标志物的含量对肺癌的早期诊断、预后监测和治疗等方面都具有重要的科学意义和应用前景。本项目即针对此目标，通过不同方式构建了一系列检测肿瘤标志物的高灵敏免疫传感器， 从构建方法的不同、复合纳米材料功能化的制备、信号增强手段的研制以及检测方法的不同等几个方面进行了探索和研究。主要研究内容包括：设计合成多种光电性能优异的复合纳米材料作为构建高灵敏的免疫检测平台，如3D-GN/CS、3D-GN//Pt NPs、氮掺杂3D-GN等；开发制备多种可控生物功能化纳米复合探针，发展新型信号放大体系用于增强检测信号，如FT-SV谐波采集、纳米金诱导银沉积、聚集诱导效应等信号放大方法，并据此建立更为便捷、灵敏的新型免疫传感器；利用电化学技术/光学技术高灵敏、高选择性的独特性能，对免疫体系进行检测分析，实现肿瘤标志物在复杂体系中的超高灵敏检测，为肺癌早期诊断和治疗等重要领域提供技术平台。此外，本课题也积极开展其他疾病标志物检测的研究工作，进一步扩展了基于3D-GN等复合纳米材料的免疫传感器的研究范围。以上成果不仅有效提高了肺癌相关肿瘤标志物及其他疾病标志物检测的准确度与灵敏度，而且对肺癌及其它癌症或疾病的早期诊断和治疗具有一定的意义，具有广阔的应用前景。相关工作已在Analytical Chemistry、Acs Applied Bio Materials、Sensors and Actuators B: Chemical、Analyst、International Journal of Biological Macromolecules 等期刊上发表论文 11 篇, 影响因子大于 5.0 的 SCI 文章 7篇，其中申请人作为第一作者或通讯作者的10篇，授权发明专利1项，申请发明专利3项。