基本信息
- 项目名称：
- 新型材料石墨烯在卵巢癌细胞诊断中的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明公开了一种用于诊断卵巢癌细胞的电化学传感器。涉及基于石墨烯和DNA标记抗体的三明治型免疫传感器的制法和医学诊断应用。此传感器不仅利用了石墨烯的电子高传导性，而且降低了抗体标记物的高成本。在此基础上制备的免疫传感器还能用于其它种类细胞的检测，用途广泛。该传感器灵敏度高、制备简单，在医学诊断中有着良好的应用前景。
- 详细介绍：
- 我们设计制备了一种新型的电化学检测卵巢癌SKOV-3细胞的免疫传感器，这种传感器集中了石墨烯生物传感器和DNA标记物的优点。利用石墨烯/抗体/抗原/DNA标记抗体/互补DNA的修饰玻碳电极，基于鸟嘌呤碱基和腺嘌呤碱基的催化氧化反应间接测定抗原（人类卵巢癌）。通过这种方法，避免了抗体标记的需要。在杂交目标DNA之后，柔红霉素活化了示差脉冲伏安信号，能测出鸟嘌呤氧化还原所产生的电流，借此实现人类卵巢癌SKOV-3细胞的检测。在此基础上，只要改变抗体种类，即可检测出对该抗体有特异性吸附的肿瘤细胞。这种方法在临床应用上有着很大的潜力和光明前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 自2000年6月27日公布解开人类基因图谱后，研究发现所有生命的发生、成长，以及人类疾病形成的根本原因都源自于基因的调控。而癌症的形成，更是「致癌基因」与「抑癌基因」因遺传或受到环境中的致癌因子刺激造成基因变异而导致的。因此，基因诊断在癌症诊断及治疗的应用中有及其重要的作用。目前卵巢癌的发病率呈逐年上升的趋势，提高卵巢癌早期诊断率有助于提高患者的生存率。HER2基因是表皮生长因子(EGF)酪氨酸蛋白激酶受体家族的成员，它在20％-30％的乳腺癌患者中呈明显扩增或过表达，意味着这些患者其肿瘤的恶性程度高、发展迅速。卵巢癌细胞SKOV-3具有对HER2高表达的特性，单克隆抗体anti-HER2能够特异性的识别细胞中的抗原。因此，本发明利用抗原抗体特异性识别，制备了一种高灵敏度、高选择性测定卵巢癌SKOV-3细胞的电化学传感器。 该传感器利用石墨烯的电子高传导性，避免了既繁琐又昂贵的抗体标记过程，降低了传感器制备的成本。在此基础上制备的免疫传感器灵敏度高、制备简单，还能用于其它种类癌细胞的检测，用途广泛，在医学诊断研究中有着潜在的、良好的应用前景。
科学性、先进性
- 1.石墨烯是化学和生物传感中非常有前景的材料，不同于一般材料，石墨烯整体暴露在空气中，所有原子都在其表层上，这一特性使得它可以很有效地探测吸附分子，信号的灵敏度相比于一般的材料可以提高几个数量级以上。在一定的浓度下，石墨烯对卵巢癌细胞有生物亲和性。以往所报道的将石墨烯材料应用于医学领域的相关文献也非常少，该发明利用了石墨烯最大的特性——它在室温下传递电子的速度比已知的任何导体都快，使所制得的传感器有着高灵敏度和高选择性。 2、以往文献中制备的免疫传感器都用酶作为生物标记物，但是酶本身在空气中很容易失活，非常不稳定。相比于酶，DNA则在空气中相当稳定。而且酶标记抗体的生物标记物在一般实验室里无法合成，大多通过商业途径获得。而本发明中的DNA-抗体生物标记物则可通过简单的实验室方法制得，步骤简单，成本低廉。
获奖情况及鉴定结果
- 1.《空壳纳米金修饰的新型DNA传感器》 2010年 《化学学报》杂志收录出版, DOI: CNKI:SUN:HXXB.0.2010-07-014 2. 《A novel electrochemical DNA biosensor based on graphene and polyaniline nanowires》 2011年荷兰Elsevier Science公司《Electrochimica Acta》杂志收录出版, DOI: 10.1016/j.electacta.2010.12.034 3.《A DNA biosensor based on a graphene paste electrode modified with Prussian blue and chitosan》 2011年英国皇家化学学会《Analyst》杂志收录出版 DOI: 10.1039/c1an15084g
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.本发明利用抗原抗体特异性吸附、羧基氨基和磷酸基氨基共价结合的作用，将石墨烯、抗体、抗原、生物结合体层层修饰在电极表面，达到探针DNA固定在电极表面的目的。再通过杂交反应，捕获互补DNA，在电化学指示剂的作用下，用电化学信号间接检测卵巢癌细胞的存在。 2.技术特点和优势：制备方法简单，成本低廉，检测方法简单，稳定性高 3.适应范围：医学分析领域 4.癌症的早期诊断是癌症研究的瓶颈，本发明在借鉴以往的基础上，制备出简单、低价、高灵敏的免疫传感器。有效地解决了癌症检测灵敏度差的问题，并使该传感器的稳定性有了大幅度的提高。 5.每年癌症在全球致死约700万人，随着医疗技术的发展，在癌症的治疗方面已取得了很大的进步。但直到现在，我们还是没能找到完全攻克癌症的办法。因此癌症的早期诊断是人类共同努力的方向。 6.该电化学传感器采用常规的电化学检测手段，检测灵敏度高、选择性好，且制备步骤简单，降低原材料成本和检测成本，能为癌症医疗领域的进一步研究提供多样化的延伸。
同类课题研究水平概述
- 卵巢恶性肿瘤是女性生殖系统三大恶性肿瘤之一，其转移、扩散是恶性肿瘤的重要生物学特点，也是死亡的主要原因。肿瘤的转移是一个多步骤、多因素参与的复杂过程。据统计，在美国，2004年约256OO例新发卵巢癌病例中，就有16100例卵巢癌患者死亡。卵巢癌在中国发病率也逐年增高。虽然根治卵巢癌的根本方法是早期手术切除，但大部分患者在确诊时已发生远处转移。常规的手术、化疗、内分泌治疗均难以明显延长这些患者的生存期，而基因治疗是近年来研究的热点。 1. Kang 等人发明了一种葡萄糖氧化酶—石墨烯—壳聚糖修饰的传感器。因为石墨烯较高的表面积，该电化学传感器有助于表面目标酶的吸附。（Biosens. Bioelectron. 2009, 25, 901-905.） 2. Berry等人发明了一个新型的基于石墨烯的生物细菌混合的装置和一个具有极好的敏感性的DNA基因混合装置。（Nano Lett., 2008, 8(12), 4469-4476.） 3. Huang等人用带有羧基的石墨烯所修饰制备成的传感器，能同时检测基因中的腺嘌呤和鸟嘌呤。（Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2011, 82(2), 543-549.） 4. Shan 等人制备了基于石墨烯的电化学葡萄糖生物电极，表现出石墨烯在生物传感器上的潜在应用价值。（Biosens. Bioelectron., 2010, 25(6), 1504-1508.） 5. Chen等人证实了石墨烯与L929细胞有很好的生物兼容性，并适合生物医药的应用。（Adv. Mater. 2008, 20, 3557–3561.）
