納米材料修飾的電化學生物傳感器在腫瘤標志物檢測中的應用

馬霄，謝寶鮮

1 杭州市第一人民醫院設備科 （浙江杭州 310006）；2 杭州市腫瘤醫院 （浙江杭州 310002）

腫瘤標志物是可以在血液、尿液或組織中存在的一類物質，其在腫瘤發生及發展的過程中產生及變化，且其類別和濃度可表明不同的腫瘤發生及進展程度；而且，腫瘤標志物水平的測定對腫瘤的早期篩查、診斷和預后具有重要的意義。

隨著電化學生物傳感器的發展及在腫瘤早期診斷中的廣泛應用，腫瘤檢測技術在保證靈敏度和準確度的同時越來越趨向于快速和便攜。近年來，新的納米材料得到不斷應用，新的修飾技術也在不斷出現，納米材料用于腫瘤標志物檢測中也有了快速的發展。納米粒子具有較大的比表面積、較強的吸附能力和良好的定向能力，其組裝電化學生物傳感器具有較高的靈敏度和穩定性（圖1）。納米材料修飾的電化學生物傳感器具有檢測靈敏度及特異度高、操作簡單、抗干擾性強及攜帶方便等優點，已成為新的研究熱點[1-2]。

圖1 納米材料修飾的電化學生物傳感器腫瘤標志物檢測的構建

1 常見的腫瘤標志物

腫瘤標志物是人體內腫瘤細胞產生的代謝產物，其水平的測定對疾病的篩查、診斷和預測具有重要的意義。甲胎蛋白（AFP）存在于胎兒時期，隨著胎兒的出生其水平下降，健康人群AFP水平＜5 μg/L，水平升高主要見于肝癌及生殖系統腫瘤；癌胚抗原（CEA）是一種重要的腫瘤相關抗原，存在于胚胎胃腸黏膜上皮細胞和一些惡性組織的細胞表面，健康人群血清CEA水平＜30 μg/L，70%～90%的結腸腺癌患者CEA呈高度陽性，且其水平在胃癌、胰腺癌、小腸腺癌及肺癌等腫瘤中也會出現升高的現象；糖類抗原19-9（CA19-9）升高主要見于胰腺癌、胃癌、結腸癌、直腸癌及膽囊癌中；胃泌素釋放肽前體（ProGRP）是一種新的小細胞肺癌標志物；非小細胞肺癌相關抗原（CYFRA21-1）是非小細胞肺癌標志物；糖類抗原125（CA125）升高則主要見于卵巢癌和子宮內膜癌中；另外，還有人絨毛膜促性腺激素（HCG）、前列腺特異性抗原（PSA）、糖類抗原15-3（CA15-3）、神經元特異性烯醇化酶（NSE）、人附睪蛋白4（HE4）等腫瘤標志物，在各類腫瘤檢測中均具有指向性。

2 納米材料修飾的電化學生物傳感器在腫瘤標志物檢測中的模式

2.1 納米金材料修飾的腫瘤標志物生物傳感器的設計

納米金溶膠（AuNPs）具有良好的生物相容性，且制備方法簡單，應用于電化學生物傳感器中穩定性較高。

生物探針修飾設計思路是將AuNPs顆粒修飾到電極表面，以增大電極的比表面積，提高傳感器的靈敏度。Zahra Akbari jonous等[3]設計了由氧化石墨烯/AuNPs與雙抗體組成的夾心型電極，可用于檢測PSA，所制備的生物傳感器對PSA顯示出良好的選擇性。Assari等[4]通過金納米顆粒修飾氧化石墨烯，然后將其固定在玻璃納米碳電極上，設計了一種電化學阻抗法測定PSA的生物傳感器。Jia等[5]以石墨烯與金納米粒子復合物為支撐基質，合成了氧化石墨烯/硫堇/金納米粒子納米復合材料，制備的傳感器可以同時測定AFP和CEA。

2.2 碳納米管修飾的腫瘤標志物生物傳感器的設計

碳納米管（CNTs）作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。由于CNTs比表面積大，導電性能與催化活性較強，所以被廣泛應用于電化學生物傳感器領域。

Singh等[6]利用CNTs等納米材料應用于開發電化學納米生物傳感器在前列腺癌生物標志物的檢測中，結果理想。Akter等[7]以多壁碳納米管/金納米粒子為基礎，研制了一種用于PSA擴增檢測的電化學納米免疫傳感器，通過借助4-氯-1-萘酚的增強沉淀作用，使辣根過氧化物酶分子更多地附著在多壁CNTs上，將抗PSA單克隆抗體固定在金電極上，制備了PSA納米免疫傳感器，在優化的實驗條件下，檢測線性范圍為1.0 pg/ml～10.0 ng/ml，檢測限為（0.40±0.03）pg/ml。Yang 等[8]將羧基化單壁CNTs吸附在絲網印刷碳電極上，以小麥胚芽凝集素為分子識別元件，研制了一種無標記電化學阻抗譜AFP生物傳感器，結果表明，該傳感器可以對健康人群和癌癥患者血清標本進行AFP的檢測鑒別。

2.3 納米線材料修飾的腫瘤標志物生物傳感器的設計

納米線材料 （NFs） 是一種橫向上被限制在100 nm以下的一維結構材料，具有比表面積大、導電性能好等優點，其化學性能非常穩定，近年來越來越多地被應用到腫瘤標志物生物傳感器的設計中。Farzin等[9]制備了一種基于聚丙烯腈納米線的高性能生物傳感納米平臺，采用靜電紡絲技術和聚丙烯腈納米線放大電信號，實現了對CA125的靈敏檢測。Ma等[10]以氨基功能化二硫化鉬納米線為載體，利用二硫化鉬納米線良好的催化特性和有效的負載能力，研制了一種靈敏的三明治型CEA電化學傳感器，最低檢出限為3.09 fg/ml。

2.4 DNA納米技術腫瘤標志物生物傳感器的設計

將DNA與納米材料組合起來，構成的電化學DNA生物傳感器是一種具有高靈敏度的新型生物傳感器。近年來，在探針設計中引入納米材料，再與DNA滾環技術（RCA）相結合，制備DNA納米技術腫瘤標志物生物傳感器。Lu等[11]將納米金顆粒與RCA技術相結合，捕捉電流信號，用差示脈沖伏安法監測，實現對HE4的靈敏檢測，檢測限為0.06 pM。

3 小結

近年來，納米材料修飾的電化學生物傳感器檢測方法不斷成熟，新的納米材料在此方面的應用也越來越多。納米材料修飾的電化學生物傳感器已成為腫瘤標志物檢測的有效手段，對于腫瘤診斷技術的發展起到極大的促進作用。