納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的應(yīng)用

馬霄，謝寶鮮

1 杭州市第一人民醫(yī)院設(shè)備科 （浙江杭州 310006）；2 杭州市腫瘤醫(yī)院 （浙江杭州 310002）

腫瘤標(biāo)志物是可以在血液、尿液或組織中存在的一類物質(zhì)，其在腫瘤發(fā)生及發(fā)展的過程中產(chǎn)生及變化，且其類別和濃度可表明不同的腫瘤發(fā)生及進(jìn)展程度；而且，腫瘤標(biāo)志物水平的測(cè)定對(duì)腫瘤的早期篩查、診斷和預(yù)后具有重要的意義。

隨著電化學(xué)生物傳感器的發(fā)展及在腫瘤早期診斷中的廣泛應(yīng)用，腫瘤檢測(cè)技術(shù)在保證靈敏度和準(zhǔn)確度的同時(shí)越來越趨向于快速和便攜。近年來，新的納米材料得到不斷應(yīng)用，新的修飾技術(shù)也在不斷出現(xiàn)，納米材料用于腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中也有了快速的發(fā)展。納米粒子具有較大的比表面積、較強(qiáng)的吸附能力和良好的定向能力，其組裝電化學(xué)生物傳感器具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性（圖1）。納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器具有檢測(cè)靈敏度及特異度高、操作簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)及攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為新的研究熱點(diǎn)[1-2]。

圖1 納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)的構(gòu)建

1 常見的腫瘤標(biāo)志物

腫瘤標(biāo)志物是人體內(nèi)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，其水平的測(cè)定對(duì)疾病的篩查、診斷和預(yù)測(cè)具有重要的意義。甲胎蛋白（AFP）存在于胎兒時(shí)期，隨著胎兒的出生其水平下降，健康人群AFP水平＜5 μg/L，水平升高主要見于肝癌及生殖系統(tǒng)腫瘤；癌胚抗原（CEA）是一種重要的腫瘤相關(guān)抗原，存在于胚胎胃腸黏膜上皮細(xì)胞和一些惡性組織的細(xì)胞表面，健康人群血清CEA水平＜30 μg/L，70%～90%的結(jié)腸腺癌患者CEA呈高度陽性，且其水平在胃癌、胰腺癌、小腸腺癌及肺癌等腫瘤中也會(huì)出現(xiàn)升高的現(xiàn)象；糖類抗原19-9（CA19-9）升高主要見于胰腺癌、胃癌、結(jié)腸癌、直腸癌及膽囊癌中；胃泌素釋放肽前體（ProGRP）是一種新的小細(xì)胞肺癌標(biāo)志物；非小細(xì)胞肺癌相關(guān)抗原（CYFRA21-1）是非小細(xì)胞肺癌標(biāo)志物；糖類抗原125（CA125）升高則主要見于卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌中；另外，還有人絨毛膜促性腺激素（HCG）、前列腺特異性抗原（PSA）、糖類抗原15-3（CA15-3）、神經(jīng)元特異性烯醇化酶（NSE）、人附睪蛋白4（HE4）等腫瘤標(biāo)志物，在各類腫瘤檢測(cè)中均具有指向性。

2 納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的模式

2.1 納米金材料修飾的腫瘤標(biāo)志物生物傳感器的設(shè)計(jì)

納米金溶膠（AuNPs）具有良好的生物相容性，且制備方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器中穩(wěn)定性較高。

生物探針修飾設(shè)計(jì)思路是將AuNPs顆粒修飾到電極表面，以增大電極的比表面積，提高傳感器的靈敏度。Zahra Akbari jonous等[3]設(shè)計(jì)了由氧化石墨烯/AuNPs與雙抗體組成的夾心型電極，可用于檢測(cè)PSA，所制備的生物傳感器對(duì)PSA顯示出良好的選擇性。Assari等[4]通過金納米顆粒修飾氧化石墨烯，然后將其固定在玻璃納米碳電極上，設(shè)計(jì)了一種電化學(xué)阻抗法測(cè)定PSA的生物傳感器。Jia等[5]以石墨烯與金納米粒子復(fù)合物為支撐基質(zhì)，合成了氧化石墨烯/硫堇/金納米粒子納米復(fù)合材料，制備的傳感器可以同時(shí)測(cè)定AFP和CEA。

2.2 碳納米管修飾的腫瘤標(biāo)志物生物傳感器的設(shè)計(jì)

碳納米管（CNTs）作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。由于CNTs比表面積大，導(dǎo)電性能與催化活性較強(qiáng)，所以被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器領(lǐng)域。

Singh等[6]利用CNTs等納米材料應(yīng)用于開發(fā)電化學(xué)納米生物傳感器在前列腺癌生物標(biāo)志物的檢測(cè)中，結(jié)果理想。Akter等[7]以多壁碳納米管/金納米粒子為基礎(chǔ)，研制了一種用于PSA擴(kuò)增檢測(cè)的電化學(xué)納米免疫傳感器，通過借助4-氯-1-萘酚的增強(qiáng)沉淀作用，使辣根過氧化物酶分子更多地附著在多壁CNTs上，將抗PSA單克隆抗體固定在金電極上，制備了PSA納米免疫傳感器，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，檢測(cè)線性范圍為1.0 pg/ml～10.0 ng/ml，檢測(cè)限為（0.40±0.03）pg/ml。Yang 等[8]將羧基化單壁CNTs吸附在絲網(wǎng)印刷碳電極上，以小麥胚芽凝集素為分子識(shí)別元件，研制了一種無標(biāo)記電化學(xué)阻抗譜AFP生物傳感器，結(jié)果表明，該傳感器可以對(duì)健康人群和癌癥患者血清標(biāo)本進(jìn)行AFP的檢測(cè)鑒別。

2.3 納米線材料修飾的腫瘤標(biāo)志物生物傳感器的設(shè)計(jì)

納米線材料 （NFs） 是一種橫向上被限制在100 nm以下的一維結(jié)構(gòu)材料，具有比表面積大、導(dǎo)電性能好等優(yōu)點(diǎn)，其化學(xué)性能非常穩(wěn)定，近年來越來越多地被應(yīng)用到腫瘤標(biāo)志物生物傳感器的設(shè)計(jì)中。Farzin等[9]制備了一種基于聚丙烯腈納米線的高性能生物傳感納米平臺(tái)，采用靜電紡絲技術(shù)和聚丙烯腈納米線放大電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CA125的靈敏檢測(cè)。Ma等[10]以氨基功能化二硫化鉬納米線為載體，利用二硫化鉬納米線良好的催化特性和有效的負(fù)載能力，研制了一種靈敏的三明治型CEA電化學(xué)傳感器，最低檢出限為3.09 fg/ml。

2.4 DNA納米技術(shù)腫瘤標(biāo)志物生物傳感器的設(shè)計(jì)

將DNA與納米材料組合起來，構(gòu)成的電化學(xué)DNA生物傳感器是一種具有高靈敏度的新型生物傳感器。近年來，在探針設(shè)計(jì)中引入納米材料，再與DNA滾環(huán)技術(shù)（RCA）相結(jié)合，制備DNA納米技術(shù)腫瘤標(biāo)志物生物傳感器。Lu等[11]將納米金顆粒與RCA技術(shù)相結(jié)合，捕捉電流信號(hào)，用差示脈沖伏安法監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)HE4的靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限為0.06 pM。

3 小結(jié)

近年來，納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器檢測(cè)方法不斷成熟，新的納米材料在此方面的應(yīng)用也越來越多。納米材料修飾的電化學(xué)生物傳感器已成為腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)的有效手段，對(duì)于腫瘤診斷技術(shù)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。