CN109541211A - 一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法 - Google Patents

一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法 Download PDF

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Abstract

一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法,涉及纳米孔分子分析技术与生物传感器技术领域，在中间层纳米孔内壁表面修饰肿瘤标志物抗体分子，将纳米孔阵列芯片与液池组装成纳米孔传感器,芯片位于液池中间，芯片两侧有对应的正负电极，两个电极连接用于检测电流的外接电路,液池两端外接液压系统,在液池的一侧加入肿瘤标志物分子，使肿瘤标志物分子快速通过纳米孔，同时被修饰在纳米孔内壁表面的肿瘤标志物抗体分子捕获,通过外接电路检测产生的阻塞电流，根据阻塞电流下降的幅值实现肿瘤标志分子浓度的判定,本发明使肿瘤标志物分子快速进入纳米孔并被修饰在纳米孔内壁表面的肿瘤标志物抗体分子捕获，提高肿瘤标志物分子的检测效率。

Description

一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法
技术领域
本发明涉及纳米孔分子分析技术与生物传感器技术领域，具体涉及一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法。
背景技术
癌症已是造成人类死亡的第二大病因，我国新发癌症病例约占世界的1/4。世界卫生组织指出1/3的癌症可通过早期诊断及时治愈。肿瘤标志物是肿瘤细胞直接产生或由非肿瘤细胞经肿瘤细胞诱导产生的物质。研究表明，当肿瘤发生时，标志物浓度明显异常，标示着肿瘤的存在。肿瘤标志物检测研究为无创的癌症早期诊断提供新的思路。利用库伦阻塞、量子尺寸效应等特殊效应的微纳传感器实现肿瘤标志物定量检测也已经成为癌症早期诊断的主要研究方法。
1996年，Kasianowicz等人（Kasianowicz J J, Brandin E, Branton D, et al.Characterization of individual polynucleotide molecules using a membranechannel[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1996, 93(24):13770-13773.）提出纳米孔DNA测序的思想促使了纳米孔DNA测序领域的诞生。其基本原理是，当DNA分子在电场的驱动下穿过纳米孔时，碱基物理占位产生阻塞电流信号，再通过测量阻塞电流的幅值与时间特性可辨别不同碱基。受到纳米孔测序原理的启发，加上纳米孔传感器具有快速检测、高灵敏度等独特优势，基于纳米孔的肿瘤标志物检测技术也随之得到发展。而检测效率与精确问题也成为了基于纳米孔的肿瘤标志物定量检测的技术关键。
如何实现基于纳米孔的肿瘤标志物分子检测，是癌症早期检测面临的严峻的挑战。研究纳米孔的肿瘤标志物分子检测方法具有十分重要的意义。研究表明，采用计数方法实现待测样本中的癌症标志物分子检测周期长。以肺癌肿瘤标志物microRNA-155与其杂化探针P155过孔为例，统计显示过孔时间在毫秒级（ms）。即使在理想情况下，fmol级的microRNA-155与其杂化探针P155过孔事件的全部检测最小时间也需要160小时（6.02×108×10-3s），这严重影响检测的效率与成本。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，该检测方法能有效提高肿瘤标志物分子检测效率，而且操作简单。
本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，包括以下步骤：
S1:提供一三明治结构纳米孔阵列芯片；
S2:在纳米孔阵列芯片中间层纳米孔内壁表面修饰抗体分子；
S3:将纳米孔阵列芯片与液池组装成纳米孔传感器；
S4:在液池加入肿瘤标志物分子；
S5:肿瘤标志物分子在液压驱动下快速进入纳米孔并被抗体分子捕获；
S6:检测肿瘤标志物分子被捕获产生后的阻塞电流，实现肿瘤标志物的快速定量检测。
其中，在步骤S1中，所述三明治结构纳米孔阵列芯片由三层材料结构组成，其中中间层为抗体分子修饰层，所述中间层材料为硅、氧化硅、金、银、钛、铝或石墨烯中的一种，所述中间层纳米孔阵列两侧为保护层纳米孔阵列，保护层纳米孔阵列为半导体绝缘层材料。
其中，所述中间层纳米孔阵列的孔长度区间为10~500nm，所述保护层纳米孔阵列的孔长度区间为10~50nm；
优选地，所述中间层纳米孔阵列的孔长度为100nm，所述保护层纳米孔阵列的孔长度为15nm。
其中，所述保护层纳米孔阵列为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛或者二氧化铪中的一种。
其中，在所述步骤S3中，纳米孔阵列芯片位于液池中间，液池两侧的溶液只能通过纳米孔阵列实现贯穿。
其中，在所述步骤S4中，通过进液口把肿瘤标志物分子溶液注入到液池右腔中。
其中，所述液压在外部液压系统所加压力范围为0.1~5atm。
优选地，所述液压在外部液压系统所加压力为1atm。
本发明的有益效果：本发明的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，通过外部压力驱动，提高肿瘤标志物分子进入纳米孔的速度，并保证溶液中的肿瘤标志物分子都被修饰在纳米孔内壁表面的肿瘤标志物抗体分子捕获，提高检测精度和检测效率，而且检测方法也简单，快速。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法流程图。
图2为本发明所需的三明治结构纳米孔阵列芯片示意图。
图3为本发明所需的纳米孔阵列芯片中间层纳米孔修饰抗体分子后示意图。
图4为本发明所需的纳米孔传感器示意图。
图5为本发明肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法步骤5结构示意图。
图6为本发明检测电流结果示意图。
图中标号说明
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明并不局限于此。
如图1所示，本发明提供一种肿瘤标志物分子检测的方法，所述制作方法包括以下步骤：
S1：提供一三明治结构纳米孔阵列芯片；
S2：在纳米孔阵列芯片中间层纳米孔内壁表面修饰抗体分子；
S3：将纳米孔阵列芯片与液池组装成纳米孔传感器；
S4：在液池一侧加入肿瘤标志物分子；
S5：肿瘤标志物分子在液压驱动下快速进入纳米孔并被抗体分子捕获；
S6：检测肿瘤标志物分子被捕获产生后的阻塞电流，实现肿瘤标志物的快速定量检测。
下面结合具体附图对本发明肿瘤标志物分子检测的方法详细的介绍。
首先执行步骤S1，提供一三明治结构纳米孔阵列芯片1，如图2所示。所述三明治结构纳米孔阵列芯片1是三层材料结构组成：中间层纳米孔阵列11为抗体分子修饰层，所述中间层纳米孔阵列11材料可以是硅、氧化硅、金、银、钛、铝、石墨烯等，所述中间层纳米孔阵列11的孔长度区间为10~500nm；所述中间层纳米孔阵列11两侧为保护层纳米孔阵列10、12，保护层纳米孔阵列10、12可以全部是氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、二氧化铪以及其他半导体绝缘层材料，或者是两者组合，保护层纳米孔阵列10、12的孔长度区间为10~50nm。
本实施例中，所述中间层纳米孔阵列11材料为硅，中间层纳米孔阵列11纳米孔阵列的长度选择100nm，所述保护层纳米孔阵列10、12为氮化硅纳米孔阵列，其长度为15nm。所述中间层纳米孔阵列11与所述保护层纳米孔阵列10、12也可以选择要求范围内的其他长度。
然后执行步骤S2，在纳米孔阵列芯片1中间层纳米孔阵列11纳米孔内壁表面修饰抗体分子6，如图3所示。
接着执行步骤S3，将纳米孔阵列芯片1与液池5组装成纳米孔传感器，如图4所示，纳米孔阵列芯片1位于液池5中间，液池5两侧的溶液只能通过纳米孔阵列芯片1实现贯穿。
接着执行步骤S4，在液池5一侧加入肿瘤标志物分子7，本实施例中，如图4所示，通过进液口50把肿瘤标志物分子7溶液注入到液池5右腔中。
接着执行步骤S5，肿瘤标志物分子7在液压驱动下快速进入纳米孔13并被抗体分子6捕获，所述液压在外部液压系统所加压力范围为0.1~5atm。
本实施例中，如图4~5所示，外接液压系统通过液压系统右接口52输入1atm的压力驱动液压右滑块2使液池右腔溶液快速通过纳米孔13进入液池左腔，其间进液口50和出液口51关闭；为确保肿瘤标志物分子7都能被修饰在中间层纳米孔阵列11纳米孔内壁表面的抗体分子6捕获，外接液压系统通过液池液压系统左接口53输入压力驱动液池左滑块3使液池右腔溶液快速通过纳米孔进入液池左腔，由此反复至检测电流稳定。
接着执行步骤S6，检测肿瘤标志物分子7被捕获产生后的阻塞电流，如图6所示，根据阻电流幅值判断肿瘤标志物的浓度，实现肿瘤标志物的快速定量检测。
本实施例的一种肿瘤标志物分子检测的方法，利用外部压力驱动，使肿瘤标志物分子7快速进入纳米孔13并被修饰在纳米孔13内壁表面的肿瘤标志物抗体分子6捕获，提高肿瘤标志物分子7的检测效率，而且，检测方法也操作简单，快速。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:提供一三明治结构纳米孔阵列芯片；
S2:在纳米孔阵列芯片中间层纳米孔内壁表面修饰抗体分子；
S3:将纳米孔阵列芯片与液池组装成纳米孔传感器；
S4:在液池加入肿瘤标志物分子；
S5:肿瘤标志物分子在液压驱动下快速进入纳米孔并被抗体分子捕获；
S6:检测肿瘤标志物分子被捕获产生后的阻塞电流，实现肿瘤标志物的快速定量检测。
2.根据权利要求1所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：在步骤S1中，所述三明治结构纳米孔阵列芯片由三层结构组成，其中中间层为抗体分子修饰层，所述中间层材料为硅、氧化硅、金、银、钛、铝或石墨烯中的一种，所述中间层纳米孔阵列两侧为保护层纳米孔阵列，保护层纳米孔阵列为半导体绝缘层材料。
3.根据权利要求2所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：所述中间层纳米孔阵列的孔长度区间为10~500nm，所述保护层纳米孔阵列的孔长度区间为10~50nm；
根据权利要求3所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：所述中间层纳米孔阵列的孔长度为100nm，所述保护层纳米孔阵列的孔长度为15nm。
4.根据权利要求2所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：所述保护层纳米孔阵列为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛或者二氧化铪中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：在所述步骤S3中，纳米孔阵列芯片位于液池中间，液池两侧的溶液只能通过纳米孔阵列实现贯穿。
6.根据权利要求2所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：在所述步骤S4中, 通过进液口把肿瘤标志物分子溶液注入到液池右腔中。
7.根据权利要求2所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：所述液压在外部液压系统所加压力范围为0.1~5atm。
8.根据权利要求8所述的一种肿瘤标志物在纳米孔中的快速检测方法，其特征在于：所述液压在外部液压系统所加压力为1atm。
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