[发明专利]用于检测肺癌标志物的免泵SERS微流控芯片及其制备方法和使用方法

说明书

本发明提供了一种用于检测肺癌标志物的免泵SERS微流控芯片及其制备方法和使用方法，制备方法包括如下步骤：步骤一、构建荷瘤裸鼠模型，收集不同时期裸鼠血清样本；步骤二、利用种子生长法制备金钯纳米棒；步骤三、将步骤二制备得到的金钯纳米棒的表面分别标记拉曼信号分子4‑MBA和DTNB，接着分别修饰发卡DNA结构HP_1‑1和HP_1‑2，形成两种SERS探针；步骤四、在磁珠表面分别修饰发卡DNA结构HP_2‑1和HP_2‑2，形成两种捕获探针；步骤五、构建基于催化发卡自组装和磁珠聚集形成信号双放大的免泵微流控芯片。本发明具有灵敏度高、特异性强、组装过程简单、检测速度快等优点。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种用于检测肺癌标志物的免泵SERS微流控芯片及其制备方法和使用方法。

背景技术

肺癌是全世界癌症相关死亡的主要原因。不幸的是，早期肺癌往往没有症状，75％的人在癌症晚期才被诊断出来。作为肺癌的一个主要组织学类别，非小细胞肺癌(NSCLC)约占所有病例的85％，而全世界NSCLC的5年总生存率仍低于15％。因此，早期诊断对于延长NSCLC患者的生存期具有重要意义。循环肿瘤DNA(ctDNA)作为一种来源于肿瘤细胞的肿瘤特异性DNA，也被称为“液体活检”，含有与肿瘤组织相同的遗传信息，已成为诊断肿瘤的理想生物标志物。最近，人们开发了各种检测ctDNA的方法，包括聚合酶链式反应(PCR) 和下一代测序(NGS)。然而，这些传统方法受到灵敏度低、检测时间长和检测成本高的限制。因此，对于NSCLC的早期诊断来说，一种快速而敏感的ctDNA检测方法是非常有必要的。

表面增强拉曼光谱(SERS)作为近年来快速发展的振动光谱技术，已被广泛应用于环境化学和生物化学领域的有机化合物分析，能够对各种生化成分进行超灵敏检测，其优势在于能够在极小的检测体积内提供目标分子的极低检测水平的指纹信息。首先，SERS由于其指纹特征，在复杂的样品系统中对分子具有较好的检测精度；其次，SERS具有良好的稳定性和便携性，可以对拉曼信号进行高强度的放大和量化。由于电磁和化学的影响，SERS信号在纳米材料粗糙的表面或间隙处“热点”大大增加，使得SERS信号比传统的拉曼光谱高出10-14个数量级。金钯纳米棒(Pd-AuNRs)由于具有独特的、可调节的局部表面等离子体共振而被广泛应用。核心-外壳的空间结构使钯壳能够通过长程电磁增强从金核中借用高的SERS活性，提高表面上修饰的信号分子的信号强度。另外，Pd-AuNRs之间的纳米间隙可以产生更多的“热点”，导致更显著的电磁场耦合，引起强烈的SERS增强。

尽管SERS显示出众多优异的性能，但它仍然受到实验中繁琐的离心和孵化等繁琐步骤的困扰。为了解决这些问题，有必要寻找一种新的定量分析方法。微流控技术也被称为“芯片上的实验室”，呈现出样品损失少、产量高、分析速度快、易于小型化等优点，成为理想的新型检测平台。传统的微流控芯片一般需要注射泵和蠕动泵驱动来控制液体的流动，限制了它在便携式测试和推广中的应用。为此人们提出了免泵微流控芯片，将毛细管泵设计在芯片上，微流控通道使液体运输不受外部阀门和泵的影响。这种微流控芯片可以实现快速混合、反应和检测，无需专业培训和昂贵的仪器。基于这些优势，免泵SERS微流控芯片有望克服传统的SERS技术灵敏度低、测量精度低以及操作不便的问题。SERS和微流控芯片的结合，使检测条生物传感器能够进行定量检测，在一定程度上提高了检测灵敏度。但对于一些低浓度的待测物，仍不能满足检测的要求，因此引入信号放大策略迫在眉睫。催化发卡自组装(CHA) 是一种新型的ctDNA信号放大手段，无需酶催化，在室温下无需扩增设备即可进行。在CHA 反应中，两条发卡DNA互补，嵌入到茎环内的互补区域限制了其自发杂交，使它们在溶液中可以稳定存在。当有引发链存在时，支点会引发链置换反应，打开其中一条DNA链的发卡结构，进而引发两条发卡DNA链的组装，置换出来的ctDNA继续引发下一轮杂交反应，从而使检测信号得到放大。