磁控石墨烯场效应管生物传感器用于CTNI的高灵敏度检测

作     者：朱小丰 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：岳伟伟

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

主      题：CTNI 三明治型复合物 ITO 磁控石墨烯场效应管生物传感器 适配体 

摘      要：心肌肌钙蛋白I(Cardiac Troponin I,CTNI)是一种特异性较高的心肌损伤标志物,当心肌细胞受损时,CTNI会被释放到血液中。因此,CTNI的高灵敏度浓度检测可以帮助医生诊断心肌梗死、心肌炎等心脏疾病。石墨烯场效应管(Graphene Field-Effect Transistor,GFET)生物传感器用于CTNI的高灵敏度检测是一种具有前景的检测技术方法,但传统的GFET生物传感器需要在待测液中插入Ag/Ag Cl电极来施加栅极电压形成双导电层,这样有可能影响待测物浓度。所以构建了一种不需要施加栅极电压的磁控石墨烯场效应管生物传感器(Magnetic Graphene Field-Effect Transistor Biosensor,MGFETB)来实现对CTNI浓度的高灵敏度检测。首先,本文采用CVD方法生长制备单层石墨烯,并采用湿法转移将石墨烯薄膜转移到两端涂有氧化铟锡(ITO)的导电玻璃上,以建立导电通道。然后,使用1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯(PBASE)作为媒连介质将CTNI适配体固定到石墨烯薄膜上作为捕获探针,接着将CTNI抗体与羧基修饰的磁珠(Magnetic Beads,MB)结合制备抗体功能化磁珠,将固定完的CTNI适配体和修饰后的磁珠分别使用荧光法进行表征确保充分结合。最后将一定浓度的CTNI和抗体修饰后的磁珠添加到反应室中,形成适配体/CTNI/抗体功能化磁珠这种夹心型免疫复合物链。在施加外部周期性磁场时,磁场会造成磁珠的机械性运动,引起夹心型免疫复合物链的弯曲,改变石墨烯薄膜与待测溶液之间的导电层距离,导致石墨烯的阻抗发生周期性改变。 实验室自制了实时数据采集系统。该系统由磁场施加控制模块、信号调理模块、数据采集模块和Lab VIEW模块组成,实现数据的实时检测。由于磁场具有周期性,因此可利用取样积分方法对数据进行处理,以提高检测信噪比,从而达到高灵敏度检测。在传感器中加入不同浓度的CTNI,浓度范围在10pM至1μM之间,石墨烯阻抗和CTNI浓度线性相关系数为0.995,所以表现出了良好的线性度。由于本文传感器特异性基于适配体构建,因此,磁控石墨烯场效应管生物传感器不仅可以检测CTNI,还可以作为通用检测平台,检测其他基于适配体检测的目标物,在疾病诊断、环境检测中有良好的应用潜力。