组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、肝细胞生长因子（HGF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）；样品基质：人血清（健康个体与癌症患者血清）
检测原理
HUVEC致密单层覆盖在含缬氨霉素的CTA离子选择性电极膜上，形成细胞屏障，阻止K+到达膜表面，ISE响应被抑制。当血清中VEGF、bFGF、HGF、TNF-α等促血管生成细胞因子与内皮细胞作用时，诱导内皮细胞通透性增加和屏障功能下降，细胞间隙增大，K+标记离子穿过细胞层到达CTA膜表面。缬氨霉素选择性结合K+，使膜电位随K+活度变化，产生电位响应。细胞因子浓度越高，通透性变化越大，K+通量越大，电位响应越强。通过比较0.1 M KCl下含细胞/血清电极与无细胞/无血清电极的响应比值，实现信号读出。该体系无外源标记物，细胞屏障响应本身提供识别与信号放大。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
1 h内可区分健康与癌症血清，ELISA需4–6 h。无细胞膜接触健康血清后0.1 M KCl响应恢复>99%，血清不损伤膜。15份健康血清响应比0.06–0.11，均值0.09，低于0.12上限；23例癌症血清除1例0期乳腺癌外均高于上限。III期乳腺/胰腺癌显著高于健康组（p<0.05），且与癌症细胞因子组合无显著差异；I期乳腺、卵巢、肝癌均显著高于健康组，癌种间无显著差异。0期乳腺癌响应0.13接近上限0.12（p>0.05），但显著高于健康均值。早期与晚期响应差异显著，晚期与癌症细胞因子组合无显著差异。作者认为其可作快速癌症筛查工具。
传感器的构成
- 基底/换能器：非对称醋酸纤维素三乙酸酯（CTA）膜，作为离子选择性电极（ISE）敏感膜与细胞屏障载体
- 离子选择性层：缬氨霉素（valinomycin）修饰CTA膜，赋予K+选择性电位响应
- 细胞黏附修饰层：RGD肽（GRGDS）接枝于CTA膜表面，促进HUVEC黏附并形成致密单层
- 识别元件：人脐静脉内皮细胞（HUVEC）单层，作为细胞屏障识别VEGF、bFGF、HGF和TNF-α并改变通透性
- 内部参考系统：Ag/AgCl内部参考电极与0.01 M KCl内充液，提供稳定电位参考
- 外部参考系统：双盐桥Ag/AgCl外部参考电极（Orion 90-02-00）及0.1 M Tris缓冲液（pH 7.5），完成电位测量回路
- 信号介质：K+作为标记离子，细胞通透性增加使K+到达CTA膜表面并产生电位响应
中文摘要
肿瘤早期常伴随血管生成，肿瘤细胞诱导新生血管形成并释放较高浓度的细胞因子，如血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、肝细胞生长因子（HGF）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。这些细胞因子还可增加内皮细胞单层的通透性。本研究开发了一种基于全细胞的生物传感器，用于单独或组合检测上述细胞因子的微量存在。该传感器以人脐静脉内皮细胞（HUVEC）致密单层覆盖在离子选择性电极（ISE）的醋酸纤维素三乙酸酯（CTA）膜上，利用细胞屏障功能变化检测细胞因子。当细胞因子诱导内皮通透性增加时，钾离子到达敏感膜表面，使电极电位响应升高。结果表明，该传感器能够区分健康个体与癌症患者血清中的细胞因子浓度，并可直接用于实际血清检测；其响应与癌症分期相关，提示其可作为癌症早期筛查工具。
英文摘要
Angiogenesis occurs during the early phase of cancer. Recruitment of new blood vessels by existing cancer cells leads to the release of higher concentrations of cytokines as compared to cells in healthy individuals. Some of the common cytokines observed at higher concentrations, such as vascular endothelial growth factor, basic fibroblast growth factor, hepatocyte growth factor and tumor necrosis factor-alpha, are also known to induce increased permeability across an endothelial cell monolayer. A whole-cell-based biosensor has been developed that can detect the presence of small quantities of the abovementioned cytokines individually and in different combinations. It was observed that the biosensor could differentiate between the cytokine concentrations observed in the sera of healthy individuals and cancer patients. The biosensor was also evaluated by exposing it to actual serum. These results demonstrated that the sensor can distinguish between healthy individuals and cancer patients and that the corresponding biosensor responses correlate with the stages of cancer.