基本信息
- 项目名称：
- 功能化石墨烯复合纳米材料构建的电化学免疫传感器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文主要研究了功能化石墨烯复合纳米材料修饰电极构建的电流型免疫传感器，用于检测前列腺抗原等标记物。该传感器在前列腺抗原(PSA)浓度范围0.05~5.00ng∙mL-1内有良好的线性关系，检出限0.0136ng∙mL-1。传感器制作简单，检测速度快，稳定性好。
- 详细介绍：
- 本文主要研究了功能化石墨烯复合纳米材料，并以石墨烯与次甲基蓝研究为例，发现石墨烯有着良好的电子传递能力，次甲基蓝又有着很好的电化学活性。将石墨烯与次甲基蓝用壳聚糖分散，二者会更好的结合，电子传递能力增强、电信号增大及次甲基蓝在电极上的稳定性增强。当抗原、抗体覆盖在电极上后，电子传递能力降低，阻碍了电子在电极上的传递，电信号显著减小。因此，在玻碳电极表面修饰壳聚糖分散的次甲基蓝和石墨烯复合材料，能形成一个有着高电活性的、稳定的薄膜。当前列腺抗体、抗原被修饰到电极表面后，电极的电流明显减小，而且随着修饰抗原的量不同，电极电流也不同。因此，修饰电极可以作为电流型免疫传感器，用于检测前列腺抗原。 在最优条件下，选择较稳定且与人体环境接近的pH7.4的缓冲溶液，随着前列腺抗原浓度的增加，氧化峰电流减小，表明不同前列腺抗原浓度可以由此检测。该传感器在前列腺抗原(PSA)浓度范围0.05~5.00ng∙mL-1内有良好线性关系，检出限为0.0136ng∙mL-1。该传感器制作简单，检测速度快，稳定性好。将其用于测定血清样品中的PSA的结果显示，相对标准偏差在5%以内，回收率在96.0%~105%之间，结果令人满意。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究目的： 前列腺特异性抗原，用于前列腺癌的筛选、诊断及治疗后的监测。石墨烯用于制作高灵敏的传感器。目前,寻找和建立一种灵敏、特异、简单且快速的方法测定PSA在临床实验诊断中具有重要实用价值。 基本思路： 电化学方法与免疫法相结合，在玻碳电极表面修饰石墨烯复合材料，分别将抗体、抗原修饰到电极表面，电极的电流显著变化,并将建立起的测定方法应用于实际样品的检测，获得了令人满意的结果。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性： 修饰电极作为无标记型免疫传感器，以前列腺抗原作为前列腺癌的肿瘤标记物。 先进性： 1.相比较国内外前列腺抗原浓度检测方法，该法具有准确度高、特异性好，操作简单，检测速度快等优点。 2.石墨烯能避免残留有害金属杂质，是构建传感器的良好材料。 独特性： 首次采用壳聚糖分散的石墨烯与次甲基蓝分散的复合材料构建传感器，使该传感器具有更好稳定性。
应用价值和现实意义
- 将次甲基蓝与石墨烯进行复合，制备了壳聚糖分散的石墨烯/次甲基蓝纳米复合材料为基础的无标记型电化学免疫传感器。传感器具有良好的稳定性和选择性，为临床医学领域提供了一种新的准确可靠的检测方法。该方法准确度高、特异性好，操作简单，检测速度快，应用于实际血清样品的测定，快速准确地测定PSA的含量，缩短了检测周期，为前列腺肿瘤患者争取到了治愈癌症的最佳治疗时间，同时为临床前列腺肿瘤的诊断提供了可靠的手段。
学术论文摘要
- 功能化石墨烯复合纳米材料，并以石墨烯与次甲基蓝研究为例，发现石墨烯有着良好的电子传递能力，次甲基蓝又有着很好的电化学活性。将石墨烯与次甲基蓝用壳聚糖分散，二者会更好的结合，电子传递能力增强、电信号增大及次甲基蓝在电极上的稳定性增强。当抗原、抗体覆盖在电极上后，电子传递能力降低，电信号显著减小。因此，在玻碳电极表面修饰壳聚糖分散的次甲基蓝和石墨烯复合材料，能形成一个有着高电活性的、稳定的薄膜。当前列腺抗体、抗原被修饰到电极表面后，随着修饰抗原的量不同，电极电流也不同。因此，修饰电极可以作为电流型免疫传感器，用于检测前列腺抗原。 在最优条件下，选择较稳定且与人体环境接近的pH7.4的缓冲溶液，随着前列腺抗原浓度的增加，氧化峰电流减小，表明不同前列腺抗原浓度可以由此检测。该传感器在前列腺抗原(PSA)浓度范围0.05~5.00ng∙mL-1内有良好的线性关系，检出限为0.0136ng∙mL-1。该传感器制作简单，检测速度快，稳定性好。将其用于测定血清样品中的PSA的结果显示，相对标准偏差在5%以内，回收率在96.0%~105%之间，结果令人满意。
获奖情况
- 1 纳米材料修饰电极在检测生物小分子中的应用，济南大学学报（自然科学版），2010,24,S2,242-245. 2 纳米TiO2光催化性能在有机废水中的应用，济南大学学报（自然科学版），2010,24,S2,217-221.
鉴定结果
- 无
参考文献
- 无
同类课题研究水平概述
- 石墨烯零能隙，反常的量子霍耳效应，朗道量子性等，吸引了国内外学者众多方面的研究兴趣。最近有研究者使用化学方法制备了石墨烯复合膜材料，这种材料在刚性和强度方面都比其他膜材料优越。目前，石墨烯在传感领域的研究只是个开始，因此，对石墨烯的研究具有重要的现实意义。 次甲基蓝是一类光敏性药物，其平面结构与吖啶相似，可以与DNA结合，常用作生物染料和光谱探针。目前，实验中次甲基蓝多用于指示剂染料，其表现出较好的特性。在电分析化学中，常被用作氧化还原指示剂或电子媒介体。 前列腺特异性抗原(PSA) 对早期前列腺癌的诊断具有敏感性和特异性，对前列腺癌的诊断特异性达90％~97％，被认为是最有价值的前列腺癌的肿瘤标志物。被广泛应用于前列腺癌的筛选、诊断及治疗后的监测。目前检测PSA通常采用酶联免疫法、放射免疫检测法等。这些方法灵敏、可靠，但操作较为复杂，检验周期较长。 电化学免疫传感器的研究一直备受科学界的关注。除具有生物传感器的快速、灵敏、选择性高、操作简单等特点外，与其他免疫传感器相比，电化学免疫传感器还具有仪器设备相对比较简单，购置敏感电极方法灵活，体系容易集成化、微型化，测定不受样品颜色、浊度的影响，可以在线检测等优势。近年来，电化学免疫传感器已经成为当今的研究热点之一，己广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域。目前，将纳米技术、表面科学等方法引入电化学生物传感器的研究，极大地促进了电化学生物传感器的基础和应用研究的快速发展。 当今，纳米材料在传感器中的应用，使其研究进入了崭新阶段。纳米材料的介入为传感器的发展提供了无穷的想象空间，可以广泛地应用于敏感分子的固定，信号的检测和放大。利用纳米结构的特性，可以制作多功能的全新传感器。与传统的传感器相比，新型纳米材料传感器的化学、物理性质和其对化学与生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测时间也得以缩短，检测的线性范围也有所增大。纳米电化学与生物传感器具有多功能、微型化、集成化和一次性快速检测等优点，可用于食品、环境、生命科学等领域的快速检测。纳米生物传感器目前受到了科学界和商业界的广泛关注。近年来，在化学传感器中引入纳米材料是分析化学的一个研究热点，同时在这一方面也取得了很多创新性的研究成果。
