[發明專利]基于PBFC的自供能細胞傳感器及其應用

有效

• 申請號: 201811075787.2
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109254038B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 蓋盼盼;谷成成;侯婷;李峰
• 申請（專利權）人: 青島農業大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/327
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發明涉及一種基于PBFC的自供能細胞傳感器及其應用，屬于生物傳感技術領域。本發明主要利用HeLa cell與其SH?Sgc8c適體的特異性結合作用，基于阻礙效應實現檢測。目標HeLa cell加入體系中，固定在電極表面的SH?Sgc8c適體將其捕獲，電極表面位阻增大，阻礙緩沖體系中的葡萄糖無法到達電極表面，導致陽極流向陰極的電子減少，引起PBFC的開路電壓變化，實現HeLa cell的檢測。該傳感器檢測過程中無需額外供電設備、組裝簡單方便、成本低廉、抗干擾能力強，HeLa cell與其適體之間的特異性結合作用使該傳感器具有高選擇性，可實現HeLa cell簡單、快速、靈敏、高效檢測。

技術領域

本發明涉及一種基于PBFC的自供能細胞傳感器及其應用，屬于生物傳感技術領域。

背景技術

光電生物燃料電池(PBFC)是一種特殊的燃料電池，其能在溫和條件下，利用光激發產生空穴，空穴代替酶發生催化反應從而提供可持續能源，受到廣泛關注。基于PBFC的自供能生物傳感器，是一種以電池性能輸出作為分析檢測信號的一類傳感器，該傳感器信號與被檢測分析物濃度成比例關系。與傳統傳感器相比，光電自供能生物傳感器結合了PBFC與自供能傳感器的優點，主要表現在：(1)成本低，利用光催化代替酶催化反應；(2)檢測過程中無需施加額外電源；(3)設備簡單，僅需兩根電極(即PBFC的陰陽兩極)，便可實現檢測；(4)抗干擾能力強。測試體系未施加額外電源，能有效避免易發生氧化還原的電活性物質在電極表面反應，從而提高了傳感器的抗干擾能力；(5)能實現簡單、快速、實時檢測。檢測過程中無需電化學工作站等供電設備，僅需簡易電壓表和適宜的光源便可實現檢測，故檢測設備易攜帶，能實現實時監測。

循環腫瘤細胞(CTC，Circulating Tumor Cell)是存在于外周血中的各類腫瘤細胞的統稱，因自發或診療操作從實體腫瘤病灶(原發灶、轉移灶)脫落，大部分CTC在進入外周血后發生凋亡或被吞噬，少數能夠逃逸并發展成為轉移灶，增加惡性腫瘤患者死亡風險。惡性腫瘤都會通過血液傳播轉移到身體的其他器官，而腫瘤轉移是導致腫瘤患者死亡的主要原因。腫瘤細胞侵入到原發腫瘤細胞的周圍組織中，進入血液和淋巴管系統，形成循環腫瘤細胞CTC，并轉運到遠端組織，再滲出，適應新的微環境，最終“播種”、“增殖”、“定植”、形成轉移灶。因此早期發現血液中的CTC，對于患者預后判斷、療效評價和個體化治療都有著重要的指導作用。目前，常規診斷方法主要有超聲波成像(USI)，磁共振成像(MRI)，計算機斷層掃描(CT)和正電子發射斷層掃描(PET)，這些方法限制了其探測范圍，靈敏度低，特異性較弱，需要復雜的設備儀器。因此，設計制備基于PBFC的自供能細胞傳感器，實現CTC簡單、方便、高靈敏、高特異性檢測非常必要。

發明內容

針對現有技術存在的上述缺陷，本發明構建了基于PBFC的自供能細胞傳感器，核心技術便為PBFC的構建，其中以金納米粒子(AuNPs)作為BOD的載體，構建生物陰極催化氧氣；以AuNPs-g-C₃N₄作為光陽極基底材料用于檢測CTC，以HeLa cell為例。首先將目標物HeLa cell的適體通過Au-S鍵固定到AuNPs-g-C₃N₄修飾的電極表面。在沒有目標HeLa cell時，光激發AuNPs-g-C₃N₄產生電子-空穴，產生的空穴氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，電子通過外電路到達生物陰極，電池得到較高的開路電壓；一旦目標HeLa cell通過適體識別被捕獲在光陽極上，細胞的位阻會阻礙葡萄糖與陽極表面的電子傳遞，使得電池的開路電壓降低，用于定量檢測目標HeLa cell。本發明設計的基于PBFC的自供能細胞傳感器，可實現目標物簡單、快速、靈敏、高效檢測。

本發明是采用以下的技術方案實現的：