基于纳米技术及核酸适体的电化学生物传感器的构建用于急性白血病早期诊断

Acute leukemia has done great harm to the children's health. Early diagnosis is of great importance for effective treatment. At the early stage of disease, a small amount of cancer cells can circulate into the blood, which can be detected for early diagnosis. Owing to the few cancer cells in blood, the methods used for determination needs high sensitivity. In addition, some compounds related to acute leukemia including lysozyme and gamma interferon will change at the early stage. And their global determination may be useful for the early diagnosis and classification of acute leukemia. However, there is no related report for the simultaneous determination of cancer cell, lysozyme and gamma interferon. In this project, electrochemical biosensors are established for the early diagnosis of acute leukemia based on the combination of nanotechnology and aptamer recognition. For the high sensitivity, a system consisted of aptamer- magnetic nanoparticles-nuclease would be established for the extraction and enrichment of cancer cells. Then various kinds of electrochemical sensors would be built for sensitive detection of cells. For the simultaneous determination, a system consisted of aptamer- magnetic nanomaterials-signal amplification with nuclease would be establish for the simultaneous and sensitive determination of cancer cell, lysozyme and gamma interferon. This research will promote the development of early diagnosis and classification of acute leukemia. Additionally, this project will fill up the research on electrochemical bio-sensing system based on aptamer and nanotechnology.

急性白血病对儿童身体健康的危害极大，其早期诊断对有效治疗具有十分重要的意义。在患病初期，极少量癌细胞会进入血液，有望进行检测从而辅助早期诊断，但检测方法需要极高灵敏度；另外，溶菌酶、γ干扰素等与癌症相关的物质也会发生变化，对它们的检测可辅助进行早期诊断及分型，但细胞及这些标志性物质的同时检测未见报道。本项目基于纳米技术和核酸适体识别技术，建立电化学生物传感器用于急性白血病早期诊断。针对灵敏度不足的问题，拟建立适体-磁性纳米粒子-核酸酶体系对癌细胞进行萃取富集，并构建多种电化学传感器实现血液中急性白血病癌细胞的高灵敏检测；针对同时检测的问题，构建适体-磁性纳米材料-酶切信号放大体系，实现溶菌酶、γ干扰素和癌细胞三种癌症相关物质的同时、高灵敏检测。此研究将促进急性白血病早期诊断及分型的发展，并丰富基于核酸适体和纳米技术的电化学生物传感体系的研究。

急性白血病对于儿童身体健康的危害极大，发展相关标志物的灵敏检测方法对早期诊断及有效治疗具有十分重要的意义。本项目按照计划书的要求，结合量子点、金属纳米颗粒、石墨烯等纳米材料，开展p53基因、溶菌酶、γ干扰素等白血病相关物质的电化学检测，同时，为进一步提高灵敏度和选择性，开展了信号放大研究，对疾病标志物临床检测方法的建立具有重要的意义。主要研究如下所述：.1. 多种目标物的电化学检测。.构建电化学生物传感器，通过核酸适体、酶等生物分子实现目标识别，通过亚甲基蓝、钌配合物等电信号物质实现信号转导，从而实现复杂体液中p53基因、溶菌酶、γ干扰素以及癌细胞中腺苷、过氧化氢等物质的高灵敏和高选择性检测，检测限可达纳摩尔甚至皮摩尔级别；另外，通过多核酸适体固定等方法，实现疾病标志物溶菌酶及γ干扰素的同时测定，有助于提高疾病诊断准确率。.2. 基于纳米材料构建电化学传感器检测疾病相关标志物。.充分发挥纳米材料、纳米技术在电化学生物传感领域的优异作用，基于多种金属纳米颗粒构建了DNA-纳米金、酶-纳米金、DNA-磁性纳米颗粒等复合材料，基于碳纳米材料构建了导电聚合物-石墨烯、DNA-石墨烯、过氧化物酶-石墨烯、石墨烯基分子印迹聚合物等复合材料，并利用复合材料构建电化学生物传感器，实现小分子代谢物、基因、蛋白等多类疾病标志物的灵敏检测。.3. 电化学检测信号放大技术的研究。.以提高灵敏度与选择性为目的，开展电化学信号放大研究，包括DNA-纳米金分子机器信号放大检测蛋白激酶活性，目标物诱导酶切循环放大检测p53基因、溶菌酶，结合“信号开/关”及“标记/免标记”等信号模式进行双信号比率及双信号叠加检测溶菌酶、阿霉素等，并在疾病特异基因检测方法中采用了包含纳米材料信号放大、G-四联体DNA酶、酶切循环及电信号物质富集的四重信号放大技术，大大提高了检测灵敏度。