功能化TiO2纳米管阵列的电化学免疫传感研究

The early diagnosis of tumor is the key to improve patient survival, and its core scientific issues is the recognition and sensitive detection of tumor cells or markers. This project applies the commonly used biomedical functional materials - titanium dioxide (TiO2) as the platform. By combining and taking full advantage of the multi-disciplinary collaboration of life sciences, materials science, semiconductor science and analytical science, the current project targets to explore novel and sensitive immunosensing methods and technologies based on TiO2 nanotube arrays.During the research, we plan to functionlize TiO2 nanotube arrays by carbonization, build sensitive sensor interfaces, study the biological molecular recognition principle and signal amplification mechanism in the nanotubular space, explore new immunosensing methods based on the optical and electrical characteristics of semiconductor nanotubes, construct highly sensitive novel immunosensor,and achieve the in situ identification of the special receptors on tumor cell. The outcomes are promising to provide a reliable theory and solid experimental basis for the application of semiconductor tubular materials in the research of biosensors and immunoassays, and creat new ideas in building the implanted sensor for tumor cell in-situ detection.

肿瘤的早期诊断是提高患者生存的关键，其核心科学问题是肿瘤细胞或标志物的确认及其灵敏检测。本项目以生物医学中常用功能材料- - 二氧化钛为平台，结合并发挥生命科学、材料学、半导体学和分析科学等多学科合作研究的优势，研究基于二氧化钛纳米管阵列的高灵敏新型免疫分析新方法和新技术。拟通过高温碳化对二氧化钛纳米管阵列进行表面改性，构建传感器敏感界面，研究纳米管内生物分子识别和信号放大机制，探索基于半导体纳米管光、电特性的免疫分析新方法，构建高灵敏新型免疫传感器，实现肿瘤细胞表面受体原位识别。本项目研究成果将为半导体管状材料在生物传感器和免疫分析领域的应用提供理论和实验基础，并为构建植入式肿瘤细胞传感器开拓新思路。

早期诊断和治疗是控制肿瘤发展和降低死亡率最有效的方法。而早期诊断的核心科学问题，则是肿瘤细胞的确认或标志物的灵敏检测。功能化仿生界面的制备与性质调控是分析化学向微纳米尺度发展的重要基础，也是构建高灵敏生物传感器件的基本元件。阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列良好化学稳定性，稳定的机械性能，宽阔的电位窗，大的比表面积，可调节的管径和管长，良好的生物相容性，以及紫外光照下的抗菌性和自清洁能力，让其成为一种具有广阔应用前景和发展空间的生物功能材料和电极界面。然而，由于阳极氧化制备过程中，TiO2纳米管底部与金属基底之间形成了导电性较差的“障碍层”，以及TiO2自身的半导体特性，导致TiO2纳米管阵列电阻较大，影响了电化学传感器的响应灵敏度，从而制约了以TiO2纳米管阵列为平台的电化学生物传感器发展。本项目以生物医学中常用功能材料——二氧化钛为平台，结合并发挥生命科学、材料学、半导体学和分析科学等多学科合作研究的优势，发展了一系列基于二氧化钛纳米管阵列的高灵敏新型免疫传感器:1）以功能化TiO2纳米管阵列为传感器敏感界面，研究纳米管的结构特点对放大检测信号的影响，构建信号放大传感器；2）通过高温碳化对二氧化钛纳米管阵列进行表面改性，发展了基于碳修饰的TiO2纳米管，有效提高了生物分子的固定量和纳米管阵列的导电性，使其可以作为一种优良的电极材料使用，发展了高灵敏的电化学传感器；3）利用纳米管高径向比结构特点，利用TiO2在可见光区的可透性的特点，结合量子点或半导体纳米晶发展了信号增强电致化学发光免疫传感器；4）利用TiO2优良的光-电转化性能，通过免疫识别改变体系的光电流，发展了一系列高灵敏的光电化学传感界面，并实现肿瘤细胞表面受体原位识别。