幾種腫瘤細(xì)胞和蛋白質(zhì)納米生物傳感的壓電電化學(xué)研究.pdf

1、細(xì)胞傳感分析新方法的建立、細(xì)胞兼容性界面的構(gòu)建對(duì)促進(jìn)生物醫(yī)藥、生物技術(shù)及組織材料工程發(fā)展具有重要作用。研究腫瘤相關(guān)抗原的高效電化學(xué)免疫分析新方法對(duì)臨床癌癥早期預(yù)警具有現(xiàn)實(shí)意義。納米材料因其特殊的光、電、磁、熱、力學(xué)等性能，在生化分析與生物傳感領(lǐng)域顯示出重大的應(yīng)用潛力。本學(xué)位論文在簡(jiǎn)要綜述了細(xì)胞傳感分析以及電化學(xué)免疫分析的進(jìn)展、壓電傳感技術(shù)以及納米材料在生化分析領(lǐng)域的應(yīng)用等的基礎(chǔ)上，利用石英晶體微天平（QCM）和電化學(xué)技術(shù)在細(xì)胞行為監(jiān)測(cè)以

2、及蛋白質(zhì)免疫傳感等方面開(kāi)展了一些研究工作，主要內(nèi)容如下： 1.以QCM對(duì)人乳腺癌細(xì)胞（MCF—7）在裸金電極上的粘附、生長(zhǎng)行為進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)合顯微鏡對(duì)照實(shí)驗(yàn)討論了QCM響應(yīng)與細(xì)胞數(shù)目和表面覆蓋度的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞粘附過(guò)程中，頻率（f0）和動(dòng)態(tài)電阻（R1）改變是電極表面質(zhì)量、粘密度以及應(yīng)力綜合作用的結(jié)果，并且一定范圍內(nèi)與細(xì)胞的覆蓋度成正比。 2.以QCM實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)了MCF—7細(xì)胞在殼聚糖/多壁碳納米管（CS/

3、MWCNTs）和殼聚糖（CS）修飾電極上的粘附生長(zhǎng)行為。討論了同步記錄的諧振頻率和動(dòng)態(tài)電阻響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在CS/MWCNTs修飾電極上粘附所引起的壓電響應(yīng)均大于CS修飾電極，表明前者更適于細(xì)胞的粘附和生長(zhǎng)。采用MTT實(shí)驗(yàn)、熒光顯微鏡、循環(huán)伏安以及電化學(xué)阻抗譜（EIS）對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)前后的電極進(jìn)行了表征，支持了QCM法的結(jié)論。 3.提出了一種懸浮細(xì)胞的磁固定和電化學(xué)檢測(cè)新方法。制備了正電性磁性納米粒子（CMNPs），利用其與細(xì)胞的靜電

4、作用，在電極上磁固定懸浮細(xì)胞人白血病K562細(xì)胞，以QCM技術(shù)監(jiān)測(cè)了磁固定過(guò)程。對(duì)所固定K562細(xì)胞進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，所得陽(yáng)極電流峰峰高與細(xì)胞活性成正比，籍此考察了抗腫瘤藥5—氟尿嘧啶（5—FU）的細(xì)胞毒性，與常規(guī)MTT法吻合。 4.提出了一種仿生復(fù)合納米材料界面固定貼壁腫瘤細(xì)胞和電化學(xué)檢測(cè)的新方法。通過(guò)溶液吸附法合成羥基磷灰石—多壁碳納米管（HA—MWCNTs）并將其修飾在電極表面，以QCM技術(shù)研究了成骨肉瘤細(xì)胞MG—63在H

5、A—MWCNTs修飾電極上的粘附生長(zhǎng)過(guò)程。HA—MWCNTs具有良好的生物親和性和導(dǎo)電性。對(duì)所固定的MG—63細(xì)胞進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，所得陽(yáng)極電流峰峰高與細(xì)胞活性成正比，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，考察了細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞活性以及抗腫瘤藥5—氟尿嘧啶（5—FU）的細(xì)胞毒性，與常規(guī)MTT分析法結(jié)果一致。 5.以QCM—EIS聯(lián)用技術(shù)原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)了抗人IgG在幾種修飾電極上的吸附和與人IgG的免疫反應(yīng)。分別制備了戊二醛、納米金（nanoAu）以及

6、多壁碳納米管（MWCNTs）修飾金電極，記錄和討論了抗體吸附及免疫反應(yīng)所引起壓電石英晶體（PQC）的諧振頻率（f0）、動(dòng)態(tài)電阻（R1）以及電化學(xué)阻抗等參數(shù)。以循環(huán)伏安以及電化學(xué)阻抗譜法對(duì)抗體吸附和抗體—抗原反應(yīng)前后的電極進(jìn)行了表征。比較了抗人IgG在不同表面的吸附量以及免疫活性，結(jié)果表明，納米金修飾電極的吸附量最大，其次是多壁碳納米管修飾電極，而抗體在幾種表面的活性基本一致。同時(shí)，利用所得頻率和界面阻抗參數(shù)計(jì)算了免疫反應(yīng)的結(jié)合常數(shù)。

7、 6.基于金微電極以及納米金制備了一種超靈敏阻抗型甲胎蛋白（AFP）免疫傳感器。通過(guò)金微電極（100μm直徑）自組裝納米金，實(shí)現(xiàn)AFP抗體固定，循環(huán)伏安掃描以及原子力顯微鏡（AFM）對(duì)納米金固定抗體前后的電極表面進(jìn)行了表征。優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，與常規(guī)金圓盤(pán)電極進(jìn)行了比較，并對(duì)不同濃度AFP抗原進(jìn)行了檢測(cè)，線(xiàn)性范圍為0.005—50 ng mL-1，檢測(cè)限為0.76 pg mL-1。結(jié)果表明，該免疫傳感器具有超高靈敏度、良好的重現(xiàn)性和抗非

8、特異性吸附性能，有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。 7.基于載有電子媒介體的納米復(fù)合物膜制備了一種新型無(wú)標(biāo)記安培型癌胚抗原（CEA）免疫傳感器。首先合成金納米粒子和甲苯胺藍(lán)摻雜二氧化硅納米粒子，以殼聚糖為交聯(lián)劑，將兩者混合滴干成膜制備了免疫修飾電極?？疾靸?yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)CEA進(jìn)行了檢測(cè)，線(xiàn)性范圍為1—80 ngmL-1，檢測(cè)下限為0.65 ng mL-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該免疫傳感器具有良好的伏安響應(yīng)，納米粒子的協(xié)同作用使響應(yīng)電流信號(hào)大大