基于纸芯片的自驱动电化学发光（ECL）方法用于肿瘤细胞的检测

There exist some problems limiting the development of detecting tumor cells by paper-based electrochemiluminescence (ECL) sensor. Such as the ECL reaction still requires to be driven by an external electrochemical workstation, the integration degree of paper-based chips is low and the nonspecific adsorption of non-target cells on paper is serious. This project aims to explore some new technologies for fast and easily manufacturing paper-based chips without the assist of photomask and design one kind of low-cost and self-driven ECL sensor for detection of tumor cells with high sensitivity and specificity. ECL probe molecules are introduced to the surface of the target cell by the specific recognition elements over expressed on the target cells membrane. So the interference on ECL signal from non-specific adsorbed non-target cells can be reduced effectively. Through the work of this project, new kind of low-cost paper-based ECL sensor can be developed for the rapid detection of tumor cells, which is of great significance to the development of paper-based chips and early diagnosis of tumor.

本项目针对目前纸芯片上的电化学发光（ECL）仍需外接电化学工作站来驱动、集成化程度不高的问题，以解决纸上检测肿瘤细胞的非特异性吸附干扰严重、灵敏度较差、肿瘤细胞检测成本高难度大为目标，拟探寻能摆脱对光掩模的依赖，快速简便制作纸芯片的新技术，开展以纸上集成铝空气电池为驱动电源，利用肿瘤细胞表面过量表达的特异性识别元素把ECL探针分子引入到靶细胞表面，设计一类能高灵敏度特异性检测肿瘤细胞的低成本小型化自驱动ECL传感器。通过本项目的研究，能发展一类低成本便携式纸芯片分析装置用于肿瘤细胞的快速检测，对我国的纸芯片技术发展和肿瘤早期诊断有重要意义。

在纸芯片上进行电化学发光免疫分析通常需要进行电极在纸芯片上的集成、电化学激发、信号采集与数据处理等步骤。如果要进行高通量分析，就需要同时集成大量的电极阵列，对制作技术、电极导线连接等步骤都有极高的要求，同时纸芯片纤维分布密集，非特异性吸附位点多，对于蛋白类大分子待测物的非特异性吸附严重，降低了检测的准确性和灵敏度。常规的纸芯片制作通常需要光刻胶和光刻机，仪器材料昂贵，且电极在纸芯片上的集成难度大，重现性和稳定性受外界因素干扰大。本项目开发了一种低成本高通量电化学芯片，利用纸材料和ITO导电基底制作出了一种基于电阻诱导产生电势差的电极阵列，相较于纸基芯片具有更好的重现性和稳定性，制作简便，不需要复杂昂贵的光刻机和电化学工作站，利于批量化生成，在用于疾病相关标志物检测时表现出了更高的灵敏度。利用安卓手机作为电化学发光信号的探测器，可对阵列芯片的电化学发光信号进行一次成像，并编写了基于安卓手机的可用于对拍照得到的电化学发光信号进行数据处理的应用程序，极大降低了检测成本，集成化和便携化程度得到了进一步的提升。该芯片阵列可用于肿瘤的早期筛查及多标志物同时分析。发展了3,4,9,10-苝四甲酸二酐-奥肼、三联吡啶钌-二叔丁基氨基丙烯酸乙酯、三联吡啶钌-草氨酰肼三种电化学发光新体系，一种PVP-鲁米诺-荧光胺化学发光新体系，探讨了其发光机理，并基于待测物的增强或猝灭效应实现了对心肌肌钙蛋白I（cTnI）、酪氨酸酶、单宁酸、半胱氨酸和4-硝基苯甲醛的灵敏检测。这些电化学发光和化学发光新体系发光信号强，灵敏度高，均可用于肿瘤标志物的免疫分析。累计在Analyst、Talanta 、Electrochim. Acta、ChemElectroChem和Microchim. Acta.等SCI杂志发表论文12篇。