[发明专利]基于PBFC的自供能细胞传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种基于PBFC的自供能细胞传感器及其应用，属于生物传感技术领域。本发明主要利用HeLa cell与其SH‑Sgc8c适体的特异性结合作用，基于阻碍效应实现检测。目标HeLa cell加入体系中，固定在电极表面的SH‑Sgc8c适体将其捕获，电极表面位阻增大，阻碍缓冲体系中的葡萄糖无法到达电极表面，导致阳极流向阴极的电子减少，引起PBFC的开路电压变化，实现HeLa cell的检测。该传感器检测过程中无需额外供电设备、组装简单方便、成本低廉、抗干扰能力强，HeLa cell与其适体之间的特异性结合作用使该传感器具有高选择性，可实现HeLa cell简单、快速、灵敏、高效检测。

技术领域

本发明涉及一种基于PBFC的自供能细胞传感器及其应用，属于生物传感技术领域。

背景技术

光电生物燃料电池(PBFC)是一种特殊的燃料电池，其能在温和条件下，利用光激发产生空穴，空穴代替酶发生催化反应从而提供可持续能源，受到广泛关注。基于PBFC的自供能生物传感器，是一种以电池性能输出作为分析检测信号的一类传感器，该传感器信号与被检测分析物浓度成比例关系。与传统传感器相比，光电自供能生物传感器结合了PBFC与自供能传感器的优点，主要表现在：(1)成本低，利用光催化代替酶催化反应；(2)检测过程中无需施加额外电源；(3)设备简单，仅需两根电极(即PBFC的阴阳两极)，便可实现检测；(4)抗干扰能力强。测试体系未施加额外电源，能有效避免易发生氧化还原的电活性物质在电极表面反应，从而提高了传感器的抗干扰能力；(5)能实现简单、快速、实时检测。检测过程中无需电化学工作站等供电设备，仅需简易电压表和适宜的光源便可实现检测，故检测设备易携带，能实现实时监测。

循环肿瘤细胞(CTC，Circulating Tumor Cell)是存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称，因自发或诊疗操作从实体肿瘤病灶(原发灶、转移灶)脱落，大部分CTC在进入外周血后发生凋亡或被吞噬，少数能够逃逸并发展成为转移灶，增加恶性肿瘤患者死亡风险。恶性肿瘤都会通过血液传播转移到身体的其他器官，而肿瘤转移是导致肿瘤患者死亡的主要原因。肿瘤细胞侵入到原发肿瘤细胞的周围组织中，进入血液和淋巴管系统，形成循环肿瘤细胞CTC，并转运到远端组织，再渗出，适应新的微环境，最终“播种”、“增殖”、“定植”、形成转移灶。因此早期发现血液中的CTC，对于患者预后判断、疗效评价和个体化治疗都有着重要的指导作用。目前，常规诊断方法主要有超声波成像(USI)，磁共振成像(MRI)，计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层扫描(PET)，这些方法限制了其探测范围，灵敏度低，特异性较弱，需要复杂的设备仪器。因此，设计制备基于PBFC的自供能细胞传感器，实现CTC简单、方便、高灵敏、高特异性检测非常必要。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明构建了基于PBFC的自供能细胞传感器，核心技术便为PBFC的构建，其中以金纳米粒子(AuNPs)作为BOD的载体，构建生物阴极催化氧气；以AuNPs-g-C₃N₄作为光阳极基底材料用于检测CTC，以HeLa cell为例。首先将目标物HeLa cell的适体通过Au-S键固定到AuNPs-g-C₃N₄修饰的电极表面。在没有目标HeLa cell时，光激发AuNPs-g-C₃N₄产生电子-空穴，产生的空穴氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，电子通过外电路到达生物阴极，电池得到较高的开路电压；一旦目标HeLa cell通过适体识别被捕获在光阳极上，细胞的位阻会阻碍葡萄糖与阳极表面的电子传递，使得电池的开路电压降低，用于定量检测目标HeLa cell。本发明设计的基于PBFC的自供能细胞传感器，可实现目标物简单、快速、灵敏、高效检测。

本发明是采用以下的技术方案实现的：