纳米通道光谱/电化学分析方法用于肺癌多肿瘤标志物的检测

Lung cancer is one of the most terrible malignant tumors and it is serious harmful to human health. Early diagnosis is of great importance for prevention and treatment of patients with lung cancer. However, early diagnosis rate of lung cancer is only about 16% and most patients have not been found until the later period owing to the complicated pathogenesis and individual difference in clinical manifestation. A serious task to lung cancer prevention is to improve the early diagnosis level of lung cancer. This project is aiming to resolve the key problems during the early diagnosis of lung cancer, such as low levels of tumor marker, weak specificity and strong interference from complicated background. The basic properties of nanochannels have been studied in our previous work. In this project, the regulation feature of nanochannels will be further investigated on the functional interface of nanochannels. Trace amount of tumor markers will be highly enriched under external field effect using nanochannels. The mechanism will be explored for the specific recognition of biomolecules at the interface. A novel joint detection method will be developed based on Raman-electrochemical and Fluorescent-electrochemical principle. The correlation among assembly structure, spectrum and electrochemical properties on the interface of nanochannels will be revealed. A novel sensor will be built based on nanochannels, which is capable of multicomponent simultaneous detection. At last, a high sensitive detection method will be established to detection of protein and DNA markers associated with lung cancer, provided vital basis for early diagnosis of lung cancer.

肺癌是对人类健康危害最大的恶性肿瘤之一，早期发现和诊断对肺癌的预防和治疗具有极为重要的意义。然而，肺癌发病原因、发展机制极为复杂，临床表现个体差异显著，导致肺癌早期诊断率仅16%左右，多数患者就诊时已发展至晚期。因此，如何提高肺癌早期诊断水平已成为肺癌防治工作者面临的严峻任务。针对肺癌早期诊断中存在的肿瘤标志物含量低、特异性不强、检测干扰大等关键问题，本项目拟从纳米通道功能化界面的构筑出发，在纳米通道基本性质研究的前期基础上，进一步深入探索纳米通道的质荷输运特性，实现外场作用下痕量肿瘤标记物的高倍富集，阐明纳米通道表界面生物分子的特异性识别机制，发展纳米通道拉曼-电化学与荧光-电化学联合检测新方法，揭示表界面组装体结构与其光谱、电化学特性的关系，构建多组分同时检测的阵列纳米通道传感器，实现与肺癌紧密关联蛋白与核酸标志物的高灵敏检测，为肺癌的早期诊断提供重要依据。

针对肺癌早期诊断过程中存在的肿瘤标志物含量低、特异性不强、检测干扰大等关键问题，本项目从纳米通道功能化界面的构筑出发，深入研究了纳米通道的调控特性，发展了纳米通道拉曼-电化学与荧光-电化学联合检测新方法，揭示了表界面组装体结构与其光谱、电化学特性的关系，构建了多组分同时检测的阵列纳米通道传感器，实现了与肺癌紧密关联蛋白与核酸标志物的高灵敏检测，为肺癌的早期诊断提供重要理论依据。.1. 采用原位合成方法在多孔氧化铝膜（PAA）纳米通道中制备了尺寸<2 nm的金属有机骨架材料（MOF）、共价有机骨架材料（COF）纳米通道；采用2-甲基咪唑和硝酸锌作为反应前驱液，通过原位生长法在PAA膜纳米通道中制备了ZIF-8/PAA膜，利用Pb2+与氮原子之间较强的配位作用对纳米通道中的离子传输行为进行调控；对PAA膜障碍层结构进行了研究，发现障碍层中存在大量尺寸极小（0.7~1.3 nm）的离子通道，构建了离子通道-纳米通道复合结构通道，研究了该复合结构通道中的离子传输行为。.2. 通过氨基和醛基缩合反应，将适体修饰在PAA膜表面，利用氧化石墨烯（GO）与适体之间的π-π作用，构建了GO/适体/PAA膜阵列纳米通道电化学传感器；采用2-甲基咪唑、硝酸锌和CdSe量子点作为反应前驱液，通过原位生长制备了CdSe@ZIF-8/PAA膜，构建了PAA膜阵列纳米通道荧光-电化学传感器；通过特异性识别将表面功能化的Ag纳米颗粒结合在PAA膜表面，构建了阵列纳米通道拉曼-电化学传感器。.3. 利用交流电化学沉积的方法，在PAA膜纳米通道中制备了Au纳米孔阵列电极，利用纳米通道的电荷效应与尺寸效应，通过Morpholino与DNA的识别调控探针离子的流量变化，提出了基于阵列纳米通道的miRNA超灵敏检测新方法。选择肺癌肿瘤标志物miRNA-155为目标分子进行检测，该方法对miRNA-155在水溶液中检测限为10 aM，线性范围为10 aM-1 nM，在血清样本中的线性范围为100 aM-0.1 nM。该传感器可经过6M的尿素处理后重复使用多次，可成功区分 miRNA-21、let-7b、miRNA-29b等多种肿瘤标志物，实现了肺癌肿瘤标志物miRNA-155的高灵敏度与高特异性检测。