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基于银纳米棒电极的SERS/电化学双模传感芯片构建及胃癌标志物检测研究

基于银纳米棒电极的SERS/电化学双模传感芯片构建及胃癌标志物检...

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作者：翟佳赟南京邮电大学

学位级别：硕士

癌症相关核酸生物标志物小分子核糖核酸(miRNA)的可靠检测对于癌症的早期诊断具有重要意义。然而由于miRNA存在环境复杂且丰度较低,因此,如何高灵敏可靠检测miRNA是癌症早期检测亟待解决的重大科学问题。发展高灵敏检测技术,以及开展多... 详细信息

癌症相关核酸生物标志物小分子核糖核酸(miRNA)的可靠检测对于癌症的早期诊断具有重要意义。然而由于miRNA存在环境复杂且丰度较低,因此,如何高灵敏可靠检测miRNA是癌症早期检测亟待解决的重大科学问题。发展高灵敏检测技术,以及开展多技术手段的联合检测,是提高检测的可靠性和提升痕量标志物分析的准确性行之有效的策略。表面增强拉曼散射(SERS)技术是一种高灵敏且具有指纹特征的快速、无损光学检测方法,电化学检测技术具有快速、灵敏、稳定性好等特点。SERS(表面增强拉曼散射)与电化学双模联合检测miRNA,可以协同两种技术优势,获取待检测物更多的生物信息,避免了单一模式的检测误差,实现检测的双模复验,使检测结果更完整可靠。因此,开发SERS与电化学的双模联合检测传感器及构建高性能检测策略,对于癌症早期miRNA准确可靠检测具有重要意义。针对SERS与电化学双模传感器及检测策略对于癌症早期miRNA准确可靠检测的优势,本论文以胃癌miRNA标志物为检测模型,主要研究了基于SERS活性银纳米阵列电极的SERS/电化学双模传感器构建及其高性能检测策略的开发和构建。具体研究内容和创新性如下:(1)基于银纳米棒阵列电极和MoS纳米复合探针的SERS/电化学双模生物传感器针对胃癌miRNA标志物多模式可靠检测的需求,基于SERS活性AgNRs阵列电极和多功能化二硫化钼纳米片构建了SERS/电化学双模传感器及传感体系,应用于胃癌标志物miR-106a的原位双模式高灵敏、高特异性检测。首先,研究并证实,通过将二硫化钼纳米复合材料修饰AgNRs阵列电极可以显著提高电极的电化学和SERS稳定性;随后,设计并构建了基于AgNRs阵列电极和多功能化二硫化钼纳米探针(MPA@MB-P2)的三明治结构SERS/电化学双模传感及其传感策略,SERS/电化学双模传感器表现出良好的特异性,能够区分几种非特异性miRNA以及单碱基错配DNA,SERS和电化学传感信号在100 fM-100 nM浓度区间都具有良好的线性响应,分别为I=1000.23×Log C+13526.20(R=0.998)和ΔI=13.36×Log C+209.33(R=0.994),检测限分别低至67.44 fM和248.01 fM。针对人血清中miR-106a检测结果表明,SERS和电化学传感均表现出良好的检测回收率。SERS/电化学双模传感器适用于复杂血清样本中胃癌标志物miR-106a的双模原位联合检测,有望作为一种潜在的、灵敏和可靠的工具服务于早期胃癌筛查。(2)DNA walker信号放大辅助的高灵敏SERS/电化学双模传感器针对痕量胃癌miRNA标志物多模式高灵敏可靠检测的需求,在研究内容(1)构建的SERS/电化学生物传感器基础上,提出了基于DNA walker信号放大辅助的高灵敏SERS/电化学双模传感器,用于胃癌标志物miR-106a的双模高灵敏和可靠检测。传感器主要包括传感基底、DNAzyme和SERS/电化学双模探针(MPA@MB-H2)三个部分。其中,辅助链LW和发夹DNA H1通过Ag-S共价键分别组装在银纳米棒上,进一步修饰MCH封闭银纳米棒上剩余的裸露位点,构建得到传感基底。在靶标miR-106a(T)存在时,LW捕获靶标并进一步结合DNAzyme,在传感基底上形成稳定的LW/T/DNAzyme复合物,在Zn的辅助下DNAzyme不断切割周围的H1,在基片上留下大量切割后剩余的H1序列,即DNA walker信号放大。传感基底上的剩余H1序列将会与固定在MPA@MB上的H2杂交,将MPA@MB捕获到传感基底表面,输出SERS和电化学双信号。研究发现,SERS与电化学传感模式对于血清中miR-106a检测拥有线性工作曲线,灵敏度高,检测限分别为129.72 aM和1.33 fM,同时也表现出良好的回收率,有望作为一种很有前景的高灵敏且可靠的早期癌症检测工具。

关键词：癌症小分子核糖核酸表面增强拉曼散射电化学银纳米棒阵列电极双模传感器

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