基于二硫化钼纳米生物传感器检测微系统的构建及其在肺癌早期检测中的应用研究

Driven by the significant demand of early detection of lung cancer, this project is to fabricate a novel MoS2-based field-effect transistor (FET)biosensor and construct a "sample-in-answer-out"detection microsystem based on MoS2 FET biosensor for early detection of lung cancer. MoS2 nanosheet is largely prepared by liquid exfoliation process, and transferred to the surface of SiO2. The MoS2 FET biosensor is then fabricated in a 'lithography-free' manner by depositing a Au film on the MoS2 surface and subsequently making conductive Ag paste as electrodes for electrical measurements. The functionalization method of immobilizing protein on the sensing surface is investigated and the interaction between antibody-antigen is also optimized. The detection microsystem is then obtained by combining a microfilter setup with the MoS2 FET biosensor, which is used for multiplexed detection of lung cancer-related 3 protein biomarkers including CEA, CA-125 and cyfraz-1 from finger prick blood. Meanwhile, the clinical blood samples from the lung cancer patients are investigated by the detection microsystem. The detection results are evaluated by the classical method used in clinical examination. The determination of the project will pave a new way for application of new nano-sensing technologies in tumor early detection.

本项目面向肺癌早期检测的重大需求，构建新型二硫化钼场效应晶体管生物传感器，初步建立一套基于该生物传感器的"sample-in-answer-out"的检测微系统用于肺癌早期检测。采用液相剥离法大规模制备二硫化钼纳米材料，将这种纳米材料转移至二氧化硅表面，在二硫化钼表面用一层金膜覆盖，再用导电银胶电极制作源极和漏极，得到免印刷术(lithography-free)制备的新型纳米生物传感器器件。研究蛋白质分子在二硫化钼表面功能化的新方法，优化抗原-抗体相互作用的条件，建立基于微过滤装置和二硫化钼纳米生物传感器相结合的检测微系统，并利用该检测系统直接从手指血中同时检测与肺癌相关的3种蛋白质标志物CEA、CA-125和cyfraz-1。与此同时，实施该系统对肺癌病人样品的检测，用现有的临床方法判定检测结果，进行方法评价。本项目的确立将为新型纳米生物传感技术在肿瘤早期检测领域提供新方法。

本项目面向肺癌早期检测的重大需求，构建新型二硫化钼场效应晶体管生物传感器，初步建立一套基于该生物传感器的“sample-in-answer-out”的检测微系统用于肺癌早期检测。按照标准的微纳加工技术制备场效应晶体管，使用 3-氨丙基三乙氧基硅烷对芯片进行预处理，使芯片表面带上正电荷，用液相剥离法制备好的表面带负电的二硫化钼分散液通过滴落涂布法结合到芯片表面，通过静电吸附可构建基于二硫化钼场效应晶体管生物传感器。研究吗啉基反义寡核苷酸（PMO）分子在二硫化钼表面功能化新方法，实施该传感器对DNA高灵敏的检测。同时，构建基于场效应晶体管生物传感器的微系统并将其应用于全血中蛋白质分子的实时监测，为建立新型POCT诊断工具用于肺癌早期检测提高新思路。主要研究内容：1）构建了二硫化钼场效应晶体管生物传感器并用于DNA的高灵敏检测。2）研制了基于二硫化钼的石墨烯场效应晶体管并用于实时检测细胞释放的过氧化氢。3）开发了基于石墨烯场效应晶体管生物传感器的检测微系统并将其应用于全血中心衰生物志物的监测。4）光催化诱导的可再生场效应晶体管生物传感器的构建和将其应用于蛋白质的检测。5） 研制了基于石墨烯场效应晶体管生物传感器超灵敏实时监测细胞释放的一氧化氮，建立了监测单细胞水平释放一氧化氮的新方法。 6）基于石墨烯场效应晶体管的核酸生物传感器的研制与开发，实施了DNA和miRNA高灵敏检测。本项目的确立将为新型纳米生物传感技术在肿瘤早期检测领域提供新方法。