基本信息
- 项目名称：
- 癌胚抗原及葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品中得到的癌胚抗原免疫传感器和葡萄糖传感器通过纳米材料的特殊作用，表现出对CEA和葡萄糖极高的检出限、极宽的检测线性范围，得到的检测结果要明显优于目前广泛采用的常规分析手段。 同时，这两种传感器的制备过程简单而且对目标检测物具有极优的检测能力。此外，本作品中给出的传感器制备模型可以广泛的适用于构建其他传感器。
- 详细介绍：
- 1.癌胚抗原超灵敏纳米电化学传感器 癌胚抗原（CEA）可以作为多种癌症的肿瘤标记物，检测其在体内的浓度对于监测肿瘤的存在、生长、转移等有重要的参考价值[1,2]。本文将①铁氰化钾（FC）与壳聚糖的混合物滴涂到玻碳电极表面、②含有金纳米颗粒（AuNP）的nafion溶液、③聚乙烯亚胺（PEI）、④戊二醛（GA）、⑤CEA抗体依次修饰到玻碳电极（GCE）上，并利用CEA抗原在传感器表面的增多会导致FC电化学行为的下降来实现对CEA的检测。该非标记型的免疫传感器对CEA的检出限可以达到3 pg mL-1。 2. 葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器 三角银纳米颗粒（AgTNP）由于具有特殊的表面等离子共振吸收光谱、结构依赖性和人为可控等特点，因而被广泛应用于生物成象以及生物传感器等领域[3]。然而由于溶胶凝胶法制备的AgTNP结构的环境依赖性，因此限制了其的生物应用[4]。本文利用改进的溶胶凝胶法制备出AgTNPs，并与葡萄糖氧化酶和壳聚糖混合，直接修饰于铂电极检测葡萄糖，检测限达到了1×10−6 M。 参考文献： [1] Benchimol, S.; Fuks, A.; Jothy, S.; Beauchemin, N.; Shirota, K.; Stanners, C.P. Cell 1989, 57, 327–334. [2] Shi WT, Ma ZF*, Biosens. Bioelectron. 2011, 26, 3068-3071. [3] 马占芳*, 司国丽, 初一鸣, 陈颖. 化学进展 2009, 21, 1847-1856. [4] Shi WT, Ma ZF*, Biosens. Bioelectron. 2010, 26, 1098-1103.
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.癌胚抗原超灵敏纳米电化学传感器 癌胚抗原（CEA）可以作为多种癌症的肿瘤标记物，测定血清中CEA的浓度，对于监测肿瘤的存在、生长、转移等有重要的参考价值。目前常见的CEA传感器主要分为标记型和非标记型，标记型CEA传感器需要使用酶标抗体，因此制备成本大大增高，并且制备过程繁琐耗时。非标记型CEA传感器主要是通过物理吸附实现抗体的固定，使得传感器的稳定性和重现性不好。为了克服上述传感器中存在的问题，本作品利用便宜的铁氰化钾（FC）与壳聚糖、以及含有金纳米颗粒（AuNP）的nafion溶液在玻碳电极表面形成电化学氧化还原探针膜，通过化学方法修饰CEA抗体，从而得到一种制备方法极为简便、廉价、稳定、重现性好、可以超灵敏检测CEA的非标记型电流型免疫传感器。 2. 葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器 三角银纳米颗粒（AgTNPs）由于具有特殊的表面等离子共振吸收光谱、结构依赖性和人为可控等特点，因而被广泛应用于生物传感器等领域。然而由于溶胶凝胶法制备的AgTNPs具有非常突出的结构不稳定性，因此限制了其生物应用。为了能够实现AgTNPs这种优良材料的生物应用，本作品利用改进的溶胶凝胶法制备出AgTNPs直接与葡萄糖氧化酶和壳聚糖混合，在铂电极表面成膜，得到一种用制备方法极为简便、廉价并可以超灵敏检测葡萄糖的电化学传感器。
科学性、先进性
- 1. 癌胚抗原超灵敏纳米电化学传感器 本作品中的免疫传感器表现出对CEA更高的检出限（0.003ng mL-1）和更宽的检测线性范围（0.01-150ng mL-1），其得到的检测结果要优于广泛采用的常规分析手段。 该传感器不仅可以直接用于人体血清中CEA的检测，更能够用于检测其他具有免疫亲和反应的抗原。该免疫传感器的制备过程简单而且对目标检测物具有极优的检测能力。本作品中给出的传感器制备模型可以广泛的适用于构建其他免疫传感器以及应用于建设癌症预警检测系统等。 2. 葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器 本作品中给出的葡萄糖传感器表现出很高的检测灵敏度（61.67μAcm−2mM−1）、宽的检出线性范围（3×10−6M到3×10−3M）、极低的检出限（1×10−6M）、良好的重现性和长期稳定性。 该葡萄糖传感器由于其超高的灵敏度，可以节约样品，使得更少的血能够有更多的用途。该传感器将广泛应用于其他许多需要超灵敏检测葡萄糖的领域，如人体分泌物中葡萄糖的检测、新近发展的人体无创血糖监测等。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年获得首都师范大学研究生特等奖学金 2011年获得首都师范大学百川杯科研创新奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1. 癌胚抗原超灵敏纳米电化学传感器 在30~40℃下，将本发明的工作电极在抗原标准水溶液中孵育30～70min后，以其为工作电极、以铂电极作为对电极，以饱和氯化钾Ag/AgCl电极作为参比电极，在pH为6.5～7.3的缓冲溶液中采用方波伏安法进行检测，得到待测抗原的测定工作曲线。 本发明的非标记型CEA免疫传感器具有制备过程简便、成本低廉、重现性优良、检测灵敏度高等优点，可广泛用于各种免疫分析和检测。 2. 葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器 在30~40°C的恒温条件下，在pH为6.5-7.0的磷酸盐缓冲溶液、HCl-Tris缓冲溶液或Britton-Robinson缓冲溶液中对葡萄糖进行恒电位下的计时电流法或循环伏安法检测。 本发明的葡萄糖传感器采用三角银纳米颗粒与葡萄糖氧化酶形成的复合膜来覆盖工作电极，从而提高电流型传感器检测葡萄糖的灵敏度，本发明的葡萄糖传感器具有检测灵敏度高、检测限低、线性范围广等优点，同时，本发明葡萄糖传感器的制备方法简便，重现性好。
同类课题研究水平概述
- 1. 癌胚抗原超灵敏纳米电化学传感器 目前有很多方法可以监测癌胚抗原，例如放射免疫分析、酶联免疫分析、化学发光免疫分析等[1]。尽管这些方法都比较灵敏，但是它们需要一些大型仪器、有放射污染、需要标记的抗体，从而使得分析过程非常复杂、耗时，分析成本变高。因此，开发灵敏、简便、无需酶标记的免疫传感器具有很好的现实意义。非标记型免疫传感器可以实现上述要求。一种非标记型免疫传感器通过在电解质溶液中添加可逆的氧化还原物质实现检测，这些额外添加的氧化还原物质会对抗体和抗原的活性造成影响，从而使免疫传感器的重现性降低。另一种非标记型的电流免疫传感器将氧化还原物质固定到电极表面，从而避免了氧化还原物质与抗体之间的直接接触。但是，这种免疫传感器都是通过静电将CEA抗体与其他物质结合起来的，然而这样的结合方式不容易受控制，很难控制CEA抗体的吸附量。所以这类免疫传感器的重现性和稳定性等都会受到限制。因此，开发更加简便、灵敏并且重现性和稳定性好的免疫传感器是非常必要的。 2. 葡萄糖超灵敏纳米电化学传感器 近年来，人们对基于纳米材料的电化学传感器进行了广泛的研究[2]。电化学方法由于具有如高灵敏度、优良的选择性、快速的检测能力以及价格低廉等优点，因而近年出现了对多种分析物具有高灵敏度高选择性的电化学传感器。其中，葡萄糖传感器使常规分析葡萄糖和临床检测血糖浓度等过程变得简单便捷。 众所周知，各相异性纳米颗粒由于其缺损的对称性导致的新的不寻常的物理化学性质而受到了广泛关注。在各种各相异性纳米颗粒中，AgTNPs由于其特有的性质而格外引人注目。然而由于溶胶凝胶法制备的AgTNPs结构不稳定性突出，因此限制了其生物应用。 参考文献 [1] Yuan, R., Zhuo, Y., Chai, Y.Q., Zhang, Y., Sun, A.L. Sci. China Ser. B 2007, 50, 97–104. [2] Pandey, P., Datta, M., Malhotra, B.D., Anal. Lett. 2008, 41, 159–209.
