抗污染蛋白质分子印迹聚合物生物传感器的制备及其在肿瘤标志物检测中的应用

The accurate detection of tumor biomarker in human serum sample is playing an essential role in the diagnosis and treatment of cancer. However, a large quantities of proteins co-existed with biomarkers can be adsorbed onto biosensor surfaces through nonspecific adsorption, which can severely restrict the direct detections of tumor biomarkers in serum samples, therefore, the fabrication of antifouling biosensing interface has become a research focus recently. Protein molecularly imprinted polymers can perform superior recognition specificity towards their targets based on the complementary three-dimensional cavities with templates in terms of sizes, shapes and functional groups. In this research, we are committed to screening and synthesizing the functional monomers with antifouling capability or directly adding the antifouling materials in polymerization systems to improve the antifouling property of protein molecularly imprinted polymers, further enhance the recognition specificity of polymers, finally promote the analytical sensitivity and accuracy of biosensor in serum samples. Combining excellent antifouling property of biosensing interfaces, high selectivity of protein molecularly imprinted polymers and high sensitivity of electrochemical techniques, such proposed project is expected to achieve the direct and accurate detections of tumor biomarkers in serum samples even in very low concentrations and finally promote practical application of biosensing systems.

实现人血清样品中肿瘤标志物的准确检测，对癌症的诊断和治疗具有至关重要的作用。由于血清中与标志物共存的大量蛋白质可以通过非特异性吸附作用黏附在传感器表面，导致传感器很难在血清中实现直接检测，因此构建具有抗污染性能的生物传感界面已经成为近期的研究热点。由于具有与目标分子完全互补（形状、大小、官能团等）的三维孔穴，蛋白质分子印迹聚合物对目标物表现出很强的识别特异性。本研究将通过筛选和制备具有抗污染性能的功能单体或在聚合体系中直接加入抗污染材料的方式来提高蛋白质分子印迹聚合物的抗污染性能，从而进一步提高聚合物的识别特异性，最终提升生物传感器在血清样品中对肿瘤标志物的检测灵敏度和准确性。综合生物传感界面的抗污染性、蛋白质分子印迹聚合物的高选择性和电化学分析技术的高灵敏性，本研究有望研制出可以在血清样品中直接准确地测定肿瘤标志物的生物传感器，促进生物传感体系的实用化。

严重的生物污染，尤其是蛋白质的非特异性吸附，是生物传感器、可植入式医疗设备在实际临床应用中遭遇到的首要困境。这是因为吸附在界面上的生物污染物不仅能够直接影响医疗设施的信号响应，甚至能够导致传感设备功能的失效。借助于表面及内部的三维孔穴，分子印迹聚合物对其目标物具有较高的选择特异性，因此，高特异性的蛋白质类分子印迹聚合物在疾病标志物的检测领域受到了广泛的关注。抗污染生物界面能够有效地减小甚至消除生物淤积，尤其是蛋白质在界面上的非特异性吸附。本研究实现了蛋白质分子印迹聚合物和抗污染生物界面的完美结合，显著提升了生物传感器对目标蛋白识别的特异性、灵敏性和准确性。首先，自主合成和筛选出了具有抗污染性能的功能单体，选用不同的模板蛋白，在电极表面成功制备了抗污染蛋白质分子印迹聚合物生物传感界面，测试了所构建体系的生物传感表现和抗污染性能，重点测试了所构建体系在临床血液、血清样本中对目标蛋白质的检测灵敏度和准确性。其次，探索和建立了抗污染性能的有效表征方法和指标体系。与此同时，自主合成的电活性物质和抗污染材料在蛋白质分子印迹生物传感界面构建中的引入进一步降低了生物污染，提升了传感分析的灵敏度、选择性和准确度。而且，本研究测试和拓展了抗污染蛋白质分子印迹聚合物生物界面在抗菌领域的实际应用。综上，高特异性的蛋白质分子印迹聚合物、抗污染功能单体及抗污染材料、电化学活性物质在生物传感界面的有效整合能够为蛋白质类疾病标志物的高灵敏性、高选择性、高准确性检测以及人类疾病的早期诊断和后续治疗提供强有力的理论基础和技术支持。

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