光聚合甜菜碱构建抗吸附蛋白质芯片及其在肿瘤标志物分析中的研究

In view of the inaccurate quantification result of protein microarrays in the analysis of tumor biomarkers in blood samples, a new type of protein microarray constructed with ultra-low biofouling materials-betaine compounds was proposed. Two consecutive photopolymerization steps were involved, which resulted in anti-adsorption and functionalizable array regions patterned with carboxybetaine, and anti-adsorption and non-functionalizable nonarray regions patterened with sulfobetaine. Therefore, the whole surfaces of protein microarray are anti-biofouling with the array region functionalizable. The fabrication and characterization methods will be investigated, by which, several factors including anti-adsorption, specificity during reaction, density of the probe molecules, background noise will be discussed and its advantages on quantitative analysis will be illustrated, and improved analytical performance in sensitivity and accuracy of this protein microarray will be elucidated as a comparison to protein microarrays reported previously. Its capability for detection of trace amount of target proteins in clinical samples will be furthurly demonstrated by simultaneous quantification of biomarkers in plasma and serum samples. This proposal aims to provide technical support and basic data accumulation, which in turn enable large scale application of protein microarrays as stardards in clinical analysis in the future.

针对现有蛋白质芯片定量分析血液中肿瘤标志物时准确性差的问题，本申请提出采用甜菜碱 — 一种超强抗生物污染材料构建蛋白质芯片表面。通过两步光聚合反应，在玻片表面形成基于碳酸基甜菜碱化合物的抗吸附可功能化的阵列区域，以及基于磺酸基甜菜碱化合物的抗吸附不可功能化的非阵列区域。因此，该蛋白质芯片全表面具有抗生物污染功能，阵列区域还可功能化。通过对该阵列制备方法的探讨和表面特性的表征，揭示基于甜菜碱材料的芯片在抗非特异性吸附、反应特异性、探针密度、背景噪音几个方面在定量分析中的优势，阐明与现有蛋白质芯片相比，该抗吸附阵列对提高目标蛋白分析灵敏度和准确性的重要性。并通过对血浆、血清中肿瘤标志物的联合测定，进一步证明该阵列芯片具有分析临床复杂样品中低浓度目标蛋白的能力。本申请的实施将为蛋白质芯片在临床诊断中作为标准检验手段应用提供重要的技术支持和基础数据积累。

在生物样品分析中，复杂的生物样品组分的非特异性吸附对芯片检测分析结果造成的一系列影响，如背景信号增高、灵敏度降低、准确性降低等。该课题采用两性离子聚合物材料制备阵列芯片，以达到快速、高灵敏和高选择性检测的目的。所用的甜菜碱单体包括磺酸基甜菜碱和碳酸基甜菜碱材料都为本实验室自己合成。其中，通过在羟基化的玻璃表面接枝γ–硅烷偶联剂氨丙基三甲氧基硅烷得到表面具有氨基的玻璃片，然后通过与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应得到具有双键的表面，该表面与磺酸基甜菜碱和碳酸基甜菜碱分别反应，得到阵列芯片的背景和检测区域。这种检测芯片的检测区域是碳酸基甜菜聚合物，具有一定链长（5-10 nm）,每一个重复单元都具有羧基，所以可以结合高密度的结合大量的探针分子，达到高灵敏检测的目的。同时，该检测芯片的背景区域和检测区域都是由两性离子聚合物构建，该类聚合物材料具有优良的防污（抗吸附）功能，在医学样品检测时，可以高选择性的进行特异性的检测。同时，我们发现采用此种方法制备的防污芯片，可以进行水滴阵列的加工，对于微量（痕量）样品的分析具有重要意义。采用该阵列芯片对牛血清白蛋白进行分析，我们发现该方法的检测灵敏度可以达到10纳克/毫升。在现有的蛋白质芯片的基础上，我们制备了细胞图案化芯片，实验中发现MCF-7细胞可以在甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的表面生长。主要研究结果可以总结为（1）磺酸基甜菜碱聚合物和碳酸基甜菜碱聚合物分别构建防污(抗吸附）阵列芯片的背景和检测区域；（2）水滴芯片和细胞图案化芯片的构建 （3）应用防污（抗吸附）芯片于医学样品中，并探究该接枝方法在微滤膜方面的应用。