基于功能化石墨烯纳米材料的生物传感器构建及其在乳腺癌肿瘤标志物检测中的应用

It is of geat importance to study on the rapid and sensitive determination of serum tumor markers of CA153, CEA, CA125 and β-HCG for breast cancer screening and diagnosis. Thanks to its extraordinary structure and superior properties, graphene has already revealed a great number of potential applications with possible uses in the fields of information, photoelectronics, power sources, sensors, and materials. In this project, we will study on the biosensors of highly sensitive determination of tumor markers for breast cancer using functionalized-graphene and micro-fluid control technique. Graphene with large specific surface area and excellent electron conductivity will be used as substrate, which can be functionalized with aromatic organic molecules using π-π stacking and electrostatic interactions. Combining the advantages of electroanalytical chemistry and micro-fluid control, we will construct a novel immuno-analysis system for the highly sensitive determination of serum tumor markers of CA153, CEA, CA125 and β-HCG for breast cancer, which may provide a novel method for early diagnosis of breast cancer.This work is very important for the early diagnosis and treatment of cancers.

血清中肿瘤标志物CA153、CEA、CA125、β-HCG 等的快速、灵敏检测对于乳腺癌肿瘤的筛查和早期诊断具有重要的临床指导意义和应用价值。石墨烯纳米材料具有独特的结构和无与伦比的性能,已被广泛应用于信息、光电、生命、能源、传感、材料等各个领域。本项目拟开展基于功能化石墨烯纳米材料的电化学免疫分析新体系构建及其高灵敏检测肿瘤标志物的研究，计划选用具有高比表面积和良好电子传导性能的石墨烯纳米材料作为载体，利用π-π堆垛作用、静电作用等非共价相互作用对其表面进行功能化修饰；结合电化学分析方法和微流控技术，构建肿瘤标志物高灵敏免疫分析新体系，实现人体乳腺癌肿瘤标志物CA153、CEA、CA125、β-HCG等的高灵敏检测，为乳腺癌的早期诊断提供新方法。本工作对于癌症的早期诊断与治疗具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

石墨烯是由碳六元环组成的具有二维周期蜂窝状点阵结构的新型碳纳米材料，具有独特的物理化学性质。石墨烯的功能化能够保持其固有的优良性质如大的比表面积、良好的导电性和生物兼容性等，克服单层石墨烯容易不可逆团聚的缺点，提高其在常见溶剂中的溶解性和稳定性。本项目选择具有高比表面积和良好电子传导性能的石墨烯纳米材料对其表面进行功能化修饰，制备牛血清白蛋白-氯化两面针碱-石墨烯、聚乙二醇-芘丁酸-石墨烯、纳米金-二氧化钛-石墨烯等多种纳米复合物。通过X-射线衍射、傅里叶红外光谱、能量散射光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜等方法对其组分、结构及形貌进行表征。基于功能化纳米材料的优异性能，将其作为电极修饰材料构建电化学免疫传感器用于人体乳腺癌肿瘤标志物的高灵敏检测，优化了影响生物传感器性能的关键因素，探讨了不同材料生物传感器的响应机理。同时，合成了Cu2O、C3O4、ZnMn2O4、ZnxFe3–xO4等纳米氧化物及其复合物材料用于葡萄糖和过氧化氢等的分析检测。该项目研究进一步拓展了乳腺癌肿瘤标志物检测的新方法和新技术，也为寻找新型、高效、快速的乳腺癌早期诊断提供了新思路。