生物医学论文哪里有？本文基于 SiNW 阵列构建了生物传感器用于肿瘤标志物 ctDNA 的实时检测。为了进一步推动 SiNW 阵列在肿瘤标志物上的应用，今后可以对以下工作，做更深入细致的研究：1、SiNW-FET 生物传感器主要受分子相互作用施加的电场进行电导调制，由于德拜屏蔽效应，灵敏度会相应降低。然而，在高盐缓冲溶液中评估分析物是非常困难的，常见的降低德拜屏蔽效应的方法是降低缓冲液离子浓度。除此之外，还有其他方法待开发例如施加外电场，可以更好的避免德拜屏蔽效应。2、APTES 通常用于传感器的表面修饰，将对应 DNA 探针固定到传感表面，以实现目标DNA 检测。但在修饰过程中可能出现由于分子间静电作用，导致修饰率低。除 APTES 之外，还有如 3-巯丙基三甲氧基硅烷等其他待开发的连接剂来提高修饰率。
第 1 章 绪论
1.3 硅纳米线场效应管生物传感器的国内外应用研究
1.3.1 核苷酸检测 随着对生活品质的要求的不断提高，智慧健康逐渐成为人们关注的热点。而由 SiNW 制成的传感器可用于检测生物小分子、DNA、RNA、酶类等物质，实现疾病诊断。有效的 DNA检测可以鉴定基因的类型，评估身体的健康状态，以及诊断和预防重大疾病。近年来，SiNW-FET 生物传感器具有高速传输和自由标记检测能力，并在 DNA/RNA 检测方面展现出超高灵敏度（fM 级）。
DNA 检测的原理是基于场效应传感，即互补的单链 DNA 与目标 DNA 杂交，在 SiNW 表面产生静电场，调节电荷分布，改变源漏电流。场效应晶体管作为换能装置，将该生物间的微弱变化进行放大处理，转化成可被检测的漂移电流，并通过伏安特性曲线 I-V 表征。Wang等人[31]为此构建了漂移扩散电荷输运模型解释栅电压变化。
近年来，SiNW FET 生物传感器常用于检测特定的 DNA 序列，以获取相关癌症或其他疾病的重要信息。Gao 等人[27]成功实现了对两种禽流感致病性毒株（H1N1 和 H5N1）DNA 序列的选择性检测，其硅纳米线截面图以及晶片上 SiNW 阵列示意图如图 1.12 所示。Lin 等人[32]提出了 Poly-SiNW FET 生物传感器对 DNA 实现了特异性和超敏感（fM 水平）检测，以获取高致病性禽流感病毒（H5 和 H7）的相关信息。
第 3 章 基于 SiNWs 的 FET 生物传感器检测癌症标志物 ctD NA 的研究
3.1 引言
近年来，生物传感器技术[44-46]以其优异的灵敏度和特异性在 ctDNA 检测中显示出独特的优势。目前，各种定性检测 ctDNA 的方法已经被提出。例如，Nguyen 等人[47]使用局部表面等离子体共振（Local Surface Plasmon Resonance, LSPR）技术分析 ctDNA 的肿瘤特异性突变和甲基化。Kang 等人[48]引入了微滴式数字聚合酶链式反应（Droplet Digital Polymerase Chain Reaction, ddPCR）来定量血浆 ctDNA。此外，还有其他方法，如扩增阻碍突变系统（Amplification Refractory Mutation System, ARMS）[49]，DNA 水凝胶[50]。但是，这些方法仍然存在一定的局限性：（1）将 DNA 识别的化学信号有效转化成相应的电学信号，并能有准确读出。（2）实现高灵敏度检测需要昂贵的设备以及复杂的工艺步骤，这也限制了传感器的大规模应用。因此，迫切需要开发一种便携式、超灵敏、无标签、低成本、简单的 ctDNA 检测方法。
目前，具有优良导电性能的纳米材料为克服这些障碍开辟了新的策略。纳米材料，如碳纳米管[18, 51]、石墨烯[52]、纳米颗粒[53]、硅纳米线受到越来越多的关注。尤其是硅纳米线[24]，其体表比大、生物相容性好，被广泛应用于生物医疗检测[20, 54]、工业控制[55, 56]，以及自动控制[57]等领域。此外，它在检测中拥有良好的空穴或电子转移能力，能敏感地感知表面静电场环境的微小变化[27]。因此，它具有比其他装置更快的响应速度和更高的检测特性。
而硅纳米线与场效应晶体管集成，形成的 SiNW-array FET，可以将成功的结合现象转化成可读电信号[58]。并且通过 MEMS 制造技术，传感器可以在微米、纳米尺度上实现更高的分辨率。但是目前，SiNW 场效应管传感器的性能主要受到 SiNW 数量的限制，而集成的 SiNWs阵列，与单个 SiNW 相比，具有更强的响应信号和更高的信噪比，可以简化测试电路，并有效降低了生产成本。
第 4 章 基于 AuNPs 和 RCA 的硅纳米线阵列生物传感器信号放大技术研究
4.1 引言
如今，随着人口增长和老龄化趋势的加剧，癌症已成为威胁全球健康的主要原因[67]。由于对肿瘤标志物的实时监测可以提供肿瘤的当前信息，因此肿瘤的存在和发展[69]常通过外周血中的肿瘤标志物[68]来监测，以便于监测全身的抗癌治疗，并确定合适的治疗靶点[69]。循环肿瘤 DNA 作为一种有效的肿瘤相关生物标志物[70]，其 E542k 是许多癌症中众所周知的突变热点[71, 72]。基于 SiNW-array FET 的 DNA 检测技术因其独特的电学特性和极高的灵敏度可以有效的识别目标 ctDNA，将 DNA 分子间的特异性结合转化成电信号变化。而 SiNW 作为传感元件，拥有较高的体表比和高传输特性，且能够敏锐的感受外界电势的变化[73]。但是在极低浓度下，功能化后的 SiNW-array FET 不能准确的识别目标 ctDNA，即 ctDNA 与传感器表面上的捕获探针特异性结合产生的电场变化，无法驱动 SiNW 内部空穴进一步累积。因此在源漏极处检测到的电流变化不明显。而且，在极低浓度下，传感器更容易受到外界环境的变化，导致信号不稳定。因此，为了提高传感器的检测灵敏度，需要对检测信号放大。
目前，已经提出了许多放大技术[74]来提高生物传感器的灵敏度。如 Tjing 等人[75]提出了表面引发的酶聚合技术，这种扩增方法利用末端脱氧核苷转移酶（TdT）替代了 DNA 模板进行催化扩增。Liu 等人[76]报道了一种基于自催化和外切酶辅助的目标回收扩增方法，可检测出低至 10 fM 的 DNA。此外，聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction, PCR）[6]、RCA 扩增[73]、其他等温扩增[77]等方法也用于扩增特定的序列。其中 RCA 是最常用的扩增策略之一。通过环状 DNA 为模板，在 phi29 DNA 聚合酶的作用下，将合成原料 dNTPs 生成互补且序列单元重复的 DNA 分子。每个模板包含许多个检测位点[53]。这种扩增技术相比于其他的扩增技术，步骤简单，方便快捷，且不需要特殊的实验环境[78]，而被广泛的应用于 DNA、RNA 和蛋白质等诊断基因组学[79]和蛋白质组学[80]中。此外，AuNPs[81]因其具有大的比表面积、独特的物理化学性能、突出的生物相容性[82]能被广泛用于传感器灵敏度的优化[83]。其巨大的表面积可以负载大量的 DNA 探针和电化学标签，来实现信号的放大。Zhang 等人[84]利用 DNA 链偶联 AuNPs 制作了一个纳米探针，成功构建了检测限为 10 fM 的电化学 DNA 传感器。Wang等人[85]利用 AuNP 标记 DNA，其传感器灵敏度下降到 fM 级。而 RCA 扩增技术与 AuNPs 的结合，更能进一步增强检测信号，提高传感器的灵敏度。Zhu 等人[53]提出了一种基于滚环放大和纳米金的沙门氏菌检测方法，通过结合 RCA 和 AuNPs 双重扩增策略，极大地提高沙门氏菌检测灵敏度。
4.2 传感机理
SiNW-array FET 生物传感器与其他生物传感器相比，拥有高载流子移动率、高电流开关比以及接近理想亚阈值斜率等优越的物理性能，能够敏锐地感知外界电场的变化。它的检测原理主要是基于本征载流子的变化，调控源漏极之间的电流。
本实验主要是基于 SiNW-array FET 的传输特性，通过金纳米粒技术和滚环扩增技术扩大DNA 负电荷聚集信号，提高传感器的灵敏度。在本实验中，设定的目标对象是肿瘤标志物ctDNA 中的片段，其中包含常见的 E542k 突变位点。其检测原理如图 4.1 所示。
第 5 章 总结与展望
5.2 工作展望
本文基于 SiNW 阵列构建了生物传感器用于肿瘤标志物 ctDNA 的实时检测。为了进一步推动 SiNW 阵列在肿瘤标志物上的应用，今后可以对以下工作，做更深入细致的研究：
1、SiNW-FET 生物传感器主要受分子相互作用施加的电场进行电导调制，由于德拜屏蔽效应，灵敏度会相应降低。然而，在高盐缓冲溶液中评估分析物是非常困难的，常见的降低德拜屏蔽效应的方法是降低缓冲液离子浓度。除此之外，还有其他方法待开发例如施加外电场，可以更好的避免德拜屏蔽效应。
2、APTES 通常用于传感器的表面修饰，将对应 DNA 探针固定到传感表面，以实现目标DNA 检测。但在修饰过程中可能出现由于分子间静电作用，导致修饰率低。除 APTES 之外，还有如 3-巯丙基三甲氧基硅烷等其他待开发的连接剂来提高修饰率。
3、疾病的准确诊断不仅仅依靠单个标志物，而是多种标志物的结合。目前，已有文献实现对多种生物标志物检测的方法。而论文中只针对肿瘤标志物 ctDNA 的检测，未来可通过改进修饰技术，微通道设计，完善分析系统，结合便携式现场测试设备，进一步实现基于硅纳米线阵列的多种标志物实时检测。
4、目前的实验，采用的是合成的 ctDNA 序列，并且实验过程主要是在 PBS 缓冲液中进行。然而，在实际 ctDNA 检测过程中，ctDNA 游离在人体血液样本中，环境更加的复杂。未来需要进一步展开对血清中 ctDNA 的检测。
5、在血清样本中，各类带电分子间的相互作用会受德拜屏蔽效应的影响，其中，血清样本浓度越高，屏蔽效应更加明显。通常，大多数报道的文献常采用稀释血清的方法来增加德拜长度，降低屏蔽效应。除此以外，还有其他有待开发的方法来处理血清样本，进一步降低屏蔽效应，提高传感器的检测灵敏度。
总之，基于 SiNW 阵列生物传感器未来的研究方向将重点突破多通道、多目标、高灵敏、高选择等方面的研究，为促进其在疾病诊断、早筛和治疗的应用，加快商业化步伐奠定扎实的理论研究基础。
参考文献（略）
