本发明专利技术涉及一种利用微电极阵列阻抗生物传感器芯片检测肿瘤细胞的方法，利用纳米免疫磁微球富集分离技术俘获痰液或血液样品中的肿瘤细胞，形成磁微球－肿瘤细胞生物磁性组合体，借助外加磁铁产生磁力，将磁微球－肿瘤细胞生物磁性组合体在瞬间吸附于微电极阵列阻抗生物传感器芯片表面上，引起微传感电极的阻抗特性发生变化的原理，通过阻抗分析仪对微传感电极的阻抗特性进行并行扫描式测试，确定是否存在肿瘤细胞。本发明专利技术提供了一种无损、快速、简便的肿瘤细胞检测方法，适用于肿瘤早期诊断和治疗，也可对临床肿瘤患者的癌细胞转移复发进行诊断与监测，对重大疾病进行预测普查，同时可用于食品检测、药物筛选等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用微电极阵列阻抗生物传感器芯片检测肿瘤细胞的方 法。可用于食品检测、药物筛选、疾病诊断和治疗等领域。属于生物医学工程 与电子传感技术交叉学科领域。
技术介绍
一般来讲肺癌诊断的方法主要有病理学、影像学、免疫学、分子生物学。 所检测的标本有痰液、肿块、胸水和血液等。就目前我国医院影像学检测水平 来讲，普遍认为一旦发现肺癌肿块，大多数情况下肿块已》lcm，患者的病程已 不在早期。在上述各项细胞学检査中，尤以血液、痰液细胞检查的应用最为普 遍，痰液癌细胞检测有助于提高早期病例的检出率；血液癌细胞检测主要解决 临床肺癌患者转移复发预测、预后判断、特异性抗复发治疗问题。而目前，痰 液癌细胞检查最终是依赖于光学技术，靠显微镜观测判断分析；血液检测标本 最终是通过聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)进行基因定量 分析。还有一种基于压电石英晶体和PZT压电材料的电子传感技术的探测方法， 检测生物大分子需要在传感器表面进行免疫反应，从而将生物大分子的质量转 化成相应的电子信息。由于需要在传感器的表面进行免疫反应，难以将血液和 痰液复杂体系中的数个癌细胞从成千上万个其它细胞中分离并积聚到传感器的 表面，灵敏度和检测率非常低。纳米免疫磁珠是均匀、球形、具有超顺磁性及保护壳的纳米颗粒，磁珠既能 结合活性蛋白质(抗体)形成抗原-抗体-免疫磁珠生物磁性组合体，又能被磁 铁所吸引。借助外界磁力作用，这种生物磁性组合体能够与其它物质分离，达 到有效分离特异性细胞成分的目的。纳米磁珠的体积很小，既不会损伤细胞又 不会影响细胞功能且可被生物降解，可立即用于分析和随后的实验。对于存在4肿瘤细胞稀少等问题的复杂体系(血液或痰液)来说，纳米免疫磁珠技术是一 种有效的富集分离技术，为肿瘤的早期诊断提供了一种新的技术思路。中国专利技术专利ZL2005100262113提出了一种"利用生物磁控压电传感芯片 探针探测癌细胞的方法"，其中所述生物磁控压电传感芯片探针为锆钛酸铅压电 薄膜材料的悬臂梁式传感器芯片，通过磁球-癌细胞的生物磁性组合体吸附到压 电传感芯片表面上，将待测癌细胞的质量和数量转换成相应的电子信息，用以 探测癌细胞存在与否。该专利技术中的传感芯片采用悬臂梁式结构，制作工艺复杂， 加工质量很难保证，且检测信息需要转换成电子信息才能检测，需要进行繁杂 的数据采集和处理工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种利用微电极阵列阻抗生 物传感器芯片检测肿瘤细胞的方法，可用于对血液或痰液样品中的肿瘤细胞进 行快速准确的检测，有效提高癌症早期患者的阳性检出率，且操作简单方便、 成本较低。为实现上述目的，本专利技术利用纳米免疫磁微球富集分离技术俘获痰液或血液 样品中的肿瘤细胞，形成磁微球-肿瘤细胞生物磁性组合体，借助外加磁铁产生 磁力，将磁微球-肿瘤细胞生物磁性组合体在瞬间吸附于微电极阵列阻抗生物传 感器芯片表面上，引起微传感电极的阻抗特性发生变化的原理，通过阻抗分析 仪对微传感电极的阻抗特性进行并行扫描式测试，确定是否存在肿瘤细胞。本专利技术，包括如下具体步骤1、采用由4个微电极阵列检测单元构成的微电极阵列阻抗生物传感器芯片，每个微电极阵列检测单元包括支撑层、基底层、微传感电极层、绝缘层和储液池五层结构；所述微传感电极层有16 100个通道的微传感电极，每个微传 感电极的尺寸范围为1(Vm 50(xm，微传感电极间距为10^im~30nm。2、提取l-5毫升的痰液或血液样品，加入到微电极阵列阻抗生物传感器芯 片储液池中，经液化处理后，再提取l-5ulA型特异性蛋白质抗原加入到微电极阵列阻抗生物传感器芯片储液池中，使储液池中痰液或血液样品中的肿瘤细胞 被A型特异性蛋白质抗原所修复，形成A型特异性蛋白质抗原-肿瘤细胞生物组 合体。3、将一种B型特异性蛋白质抗体修复到Fe304磁性微球上，经3-10分韦f 免疫反应，形成抗体-磁微球，再将这种抗体磁微球l-5iil加入到微电极阵列阻抗 生物传感器芯片储液池中，使抗体-磁微球俘获储液池中的A型特异性蛋白质抗 原-肿瘤细胞生物组合体，并在25-3(TC进行免疫反应，反应时间2-6分钟，反应 后形成磁微球-肿瘤细胞生物磁性组合体。4、在微电极阵列阻抗生物传感器芯片支撑层下方通过施加磁铁产生磁力， 使磁微球-肿瘤细胞生物磁性组合体全部吸附到微电极阵列阻抗生物传感器芯片 表面上；借助微型三电极体系，以微传感电极为工作电极，以微型铂电极为对 电极，以微型Ag/AgCl电极为参考电极，通过阻抗分析仪对微传感电极的阻抗 特性进行并行扫描式测试，探测确定是否存在肿瘤细胞。本专利技术中，所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片选用生物相容性较好的聚 合物材料(如聚对二甲苯或聚酰亚胺)作为基底层和绝缘层材料，选用惰性贵 金属(金、银、铂、铱等)作为微传感电极材料，选用SU-8光刻胶作为储液池 材料，选用单晶硅作为支撑层材料。所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片中的基底层厚度为5 ~20nm。 所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片中的微传感电极层厚度为0.4~lpm。 所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片中的绝缘层厚度为2~4^im。 所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片中的储液池高度为50~500pm，储液池 底部尺寸为250|amx25(Vm ~ 850x25(^m，厚度为50~200nm。本专利技术可对多通道微传感电极进行快速扫描式阻抗测试，且多个微电极阵 列检测单元可对不同的痰液或血液样品同时进行检测，能够将数量稀少的肿瘤 细胞检测出来，实现准确快速检测痰液或血液样品中是否存在肿瘤细胞，极大 地降低了漏检的可能。本专利技术方法对肿瘤细胞存在较高的灵敏度，在对肿瘤细 胞进行快速检测时，无需将肿瘤细胞固定在传感器表面，为肿瘤细胞检测提供了一种无损、快速、简便的检测方法，适用于肿瘤早期诊断和治疗，也可对临 床肿瘤患者的癌细胞转移复发进行诊断与监测，对重大疾病进行预测普査，同 时可用于食品检测、药物筛选等领域。 附图说明图1为本专利技术利用微电极阵列阻抗生物传感器芯片检测肿瘤细胞的工作原 理图。图1中，l为支撑层；2为基底层；3为微传感电极层；4为绝缘层；5为储 液池；6为引线；7为引线焊点；8为微型铂电极；9为微型Ag/AgCl参比电极； 10为阻抗分析仪；11为磁珠-肿瘤细胞的生物磁性组合体。图2为本专利技术中所述微电极阵列阻抗生物传感器芯片的结构示意图。图2中，l为支撑层；2为基底层；3为微传感电极层；4为绝缘层；5为储 液池；7为引线焊点。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作详细描述。 本专利技术提出的一种利用微电极阵列阻抗生物传感器芯片检测肿瘤细胞的方 法，其基本的工作原理如图1所示。对于一个基于阻抗特性的传感器，在正常 条件下其电容、电感和电阻特性的组合会产生一个特定的阻抗信号。如果传感 器周围环境的变化引起上述特性的任何变化，都会造成阻抗的改变。通过测量 这种阻抗传感器随频率变化的特性，将会得到一系列新的阻抗特性。本专利技术采用了一种微电极阵列阻抗生物传感器芯片，其结构如图2所示。该传感器芯片 由4个微电极阵列检测单元构成，每个微电极阵列检测单元包括支撑层l、基底 层2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用微电极阵列阻抗生物传感器芯片检测肿瘤细胞的方法，其特征在于包括如下步骤： １）采用由４个微电极阵列检测单元构成的微电极阵列阻抗生物传感器芯片，每个微电极阵列检测单元包括支撑层、基底层、微传感电极层、绝缘层和储液池五层结构；所述 微传感电极层有１～１００个通道的微传感电极，每个微传感电极的尺寸范围为１０μｍ～５０μｍ，微传感电极间距为１０μｍ～３０μｍ； ２）提取１－５毫升的痰液或血液样品，加入到微电极阵列阻抗生物传感器芯片储液池中，经液化处理后，再提取１－５ ｕｌ Ａ型特异性蛋白质抗原加入到微电极阵列阻抗生物传感器芯片储液池中，使储液池中痰液或血液样品中的肿瘤细胞被Ａ型特异性蛋白质抗原所修复，形成Ａ型特异性蛋白质抗原－肿瘤细胞生物组合体； ３）将一种Ｂ型特异性蛋白质抗体修复到Ｆｅ↓［３］Ｏ ↓［４］磁性微球上，经３－１０分钟免疫反应，形成抗体－磁微球，再将这种抗体磁微球１－５ｕｌ加入到微电极阵列阻抗生物传感器芯片储液池中，使抗体－磁微球俘获储液池中的Ａ型特异性蛋白质抗原－肿瘤细胞生物组合体，并在２５－３０℃进行免疫反应，反应时间２－６分钟，反应后形成磁微球－肿瘤细胞生物磁性组合体； ４）在微电极阵列阻抗生物传感器芯片支撑层下方通过施加磁铁产生磁力，使磁微球－肿瘤细胞生物磁性组合体全部吸附到微电极阵列阻抗生物传感器芯片表面上；借助微型三电极体系，以微传感电极 为工作电极，以微型铂电极为对电极，以微型Ａｇ／ＡｇＣｌ电极为参考电极，通过阻抗分析仪对微传感电极的阻抗特性进行并行扫描式测试，探测确定是否存在肿瘤细胞。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：惠春，邢玉梅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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