쉽고 저렴한 접근을 통해 난소암에 대한 효율적인 조기 발견 및 예측 방법을 개발하는 것이 중요합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 여기에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판에 유연한 그래핀 기반 바이오센서를 사용하여 난소암을 민감하게 감지하는 새로운 순환 종양 세포(CTC) 감지 방법을 개발합니다. 결과는 그래핀 기반의 유연한 바이오센서가 난소암 세포에 대한 민감하고 신속한 검출을 보여줍니다. 세포 배양 배지 및 암 용액, 다양한 암 세포 및 다양한 농도의 암세포 용액에 대해 분명히 다른 반응을 제공합니다. ml당 수십 개의 난소암 세포를 검출하는 높은 감도를 나타냅니다. 또한 유연한 그래핀 바이오센서는 5초 이내에 난소암 세포를 빠르고 민감하게 감지하는 데 매우 적합합니다. 이 작업은 CTC 난소암 세포를 민감하고 신속하게 감지/식별하기 위한 저비용의 손쉬운 그래핀 바이오센서 제조 전략을 제공합니다.
난소암은 부인과 암 중 두 번째로 흔한 암으로 부인암 중 사망률이 가장 높다[1, 2]. 지금까지 난소암 환자들은 난소암의 비특이적 증상과 효과적인 조기 검진 방법의 부재로 인해 일반적으로 매우 늦게 진단을 받고 있다. 탄수화물 항원 CA125와 결합된 영상은 수술 또는 화학 요법 후 재발을 감지, 진단하는 데 사용할 수 있습니다. CA125는 다양한 요인의 영향을 받고 높은 위양성 예측값을 가지기 때문에 난소암에 대한 단일 정확한 마커가 아닙니다. 우리가 난소암 재발 진단에 사용한 CA125 상승(> 35 U/mL)의 민감도는 70% 미만입니다[3]. 초음파 검사와 방사선 검사도 조기 발견 및 재발 진단에 적절한 민감도와 특이도가 없습니다. 난소암 1기와 2기의 5년 생존율은 각각 90%와 70%이다[4]. 외과적 치료와 보조요법의 발달에도 불구하고 진행된 난소암의 5년 생존율은 30% 미만이다[4]. 난소암의 조기 발견은 명백히 높은 5년 생존율과 관련이 있으며, 재발의 조기 진단도 중요합니다. TP53 자가항체, DNA 메틸화 분석, microRNA 알고리즘, Pap-like cytologic analysis와 같은 몇 가지 새로운 접근법이 난소암의 조기 발견에 대한 민감도를 향상시키는 것으로 보고되었습니다[5]. 그러나, 난소암의 모든 단계에 대해 더 높은 감도를 갖는 새로운 검출 방법을 개발하는 것이 시급하지만 여전히 과제입니다.
최근 연구자들은 초기 단계의 종양이 암세포로 흘러들어가 혈류를 타고 전이를 일으킬 수 있음을 발견했습니다[6]. 세포는 고형 종양의 진단 또는 예후 바이오마커로 사용할 수 있는 순환 종양 세포라고 하는 원발성 종양, 재발 또는 전이로부터의 혈관 내유입을 통해 말초 혈류로 들어갑니다[7]. CTC는 말초혈액에서 드물고 검출 방법은 높은 감도와 특이성이 필요합니다. 최근에는 CTC의 검출에 면역자기 분리, 미세유체 분리, 필터 기반 방법 및 리간드 표적 PCR이 보고되었다[8,9,10,11]. 현재까지 Janssen Diagnostics의 세포 검색 시스템은 미국 식품의약국(FDA)에서 승인한 유일한 CTC 검출 방법으로, 전이성 유방암, 결장직장암 및 전립선암 환자를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다[12,13,14]. 난소암에서 CTC의 검출은 비침습적 진단 방법을 제공하며 생검이 어려운 경우에 유리하다. 그러나 난소암의 초기 단계에서 CTC의 발견률은 여전히 낮습니다. 더 높은 감도로 CTC를 감지하는 새로운 방법이 여전히 필요합니다. 난소암 환자에서 CTC를 쉽게 검출할 수 있다면 종양의 조기 발견, 재발 모니터링, 치료 효과 모두에서 유용할 수 있다.
2차원 반도체인 그래핀은 2004년 Andre Geim과 Kostia Novoselov에 의해 분리되었습니다[15]. 최근 그래핀과 유사한 2차원 물질은 센싱 및 바이오 센싱, 에너지 변환 및 저장, 촉매 작용, 복합 재료 및 코팅, 전자 및 생물 의학 분야에 널리 적용되고 있다[15]. 그래핀 센서는 암배아 항원, 전립선 특이적 항원, 탄수화물 항원 19-9 및 15-3을 검출하기 위해 개발된 독특한 구조와 우수한 전기적 성능으로 인해 암 바이오마커를 검출하는 유망한 후보이다[16,17,18,19 ]. 경질 SiO2로 제작된 기존 그래핀 기반 바이오센서와 비교 /Si 기판은 귀중한 설비를 사용하여 기존의 포토리소그래피, 전극 증발, 리프트오프 및 센서 패키지 공정을 통해 높은 감도와 빠른 감지 속도를 가진 유연한 그래핀 기반 바이오센서를 제작하기 위한 저비용 손쉬운 접근 방식을 개발하는 것이 중요합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 여기에서 우리는 PET 기판에 그래핀 기반 유연한 바이오센서를 제작하기 위한 새롭고 손쉬운 접근 방식을 개발합니다. 은 페이스트를 사용하여 그래핀/PET 위에 두 개의 전극을 직접 제작하고 실리콘 겔을 사용하여 셀 풀을 직접 제작했습니다. 이 유연한 바이오 센서는 포토리소그래피 공정과 귀중한 시설 없이 모든 실험실에서 손으로 만들 수 있습니다. 놀랍게도, 우리의 그래핀 기반 유연한 바이오센서는 매우 민감하며 난소암 세포를 신속하게 감지할 수 있습니다. 우리가 아는 한, 난소암 세포를 검출하기 위한 유연한 그래핀 기반 바이오센서에 대한 보고는 아직 없습니다.
이 연구에서 그래핀 필름은 화학기상증착법(CVD)에 의해 Cu 호일(Alfa Aesar, No. 13382) 표면에 성장되었다[20]. 먼저 Cu 호일의 표면 산화물을 20% 염산 용액으로 5분 동안 제거했습니다. 그런 다음, Cu 호일을 탈이온수로 여러 번 세척한 다음 질소 흐름으로 건조시켰다. 세척된 Cu 호일을 석영 보트에 올려놓고 CVD로의 석영관에 넣었다. 퍼니스 챔버는 1 × 10 –2 으로 펌핑되었습니다. Pa. 퍼니스 온도는 99.999% H2의 50 sccm로 20분 동안 1000°C까지 증가되었습니다. 대면적 그래핀 박막 성장용 튜브에 99.999% 메탄 50 sccm을 20분간 투입하였다. 마지막으로, CVD 퍼니스는 CH4로 실온으로 냉각되었습니다. /H2 가스 흐름.
대면적 그래핀/Cu 포일은 원하는 많은 조각으로 절단되었다. 그 다음, 그래핀/Cu 포일의 표면에 PMMA를 스핀 코팅하여 PMMA/그래핀/Cu 샌드위치 구조를 형성하였다. 그 후, 밑에 있는 Cu 호일이 1M FeCl3로 에칭되었습니다. 해결책. PMMA/그래핀을 DI water에서 30분 동안 세척한 다음 PET 기판으로 옮겼습니다. 마지막으로 아세톤으로 PMMA를 제거하여 그래핀/PET 샘플을 얻었다.
그래핀 기반 바이오센서의 제작 과정은 다음과 같다. 먼저, Cu 호일 위의 약 1cm × 2cm 그래핀 필름을 PMMA 보조 습식 전사 방법으로 1cm × 2cm PET 기판에 전사했습니다. 그 다음, 은 페이스트를 이용하여 그래핀/PET 필름의 중심 부근에 두 개의 전극을 제작하였다. 마지막으로 암세포 용액의 전기적 반응을 시험하기 위해 전극 가장자리에 실리콘 겔로 길이와 너비가 수 밀리미터, 높이가 약 1mm인 세포 풀을 구성했습니다. 세포 풀의 실리콘 겔이 완전히 응고된 후 Agilent 4155B 반도체 분석기를 사용하여 그래핀 바이오센서가 정상적으로 작동하는지 확인할 수 있습니다.
SKOV3 난소암 세포 시리즈(중국 서부 제2부속병원 공공실험실 제공)를 5% CO 조건에서 10% 송아지 혈청(MRC, USA)을 포함하는 RPMI-1640(Transgene, France) 완전 배지에서 배양하였다. 2 그리고 37°C.
암세포를 세포 배양 배지로 특정 농도로 희석하였다. 측정을 위해 홈에 피펫으로 50μL 세포 용액을 가져갑니다. 전기 신호는 Agilent 4155B 반도체 분석기로 기록되었습니다.
10 × 10 cm 2 의 사진 Cu 호일 위의 대면적 CVD 성장 그래핀 필름이 그림 1a에 나와 있습니다. 그림 1a에서 밝은 금속 색상의 베어 Cu 호일과 비교할 때 그래핀/Cu의 색상이 약간 더 어둡다는 것을 알 수 있습니다. 그래핀/Cu의 해당 라만 스펙트럼은 그림 1b에 나와 있습니다. 그림 1b와 같이 라만 피크는 1580cm −1 입니다. 및 2680cm −1 그래핀 필름의 G 및 2D 피크에 해당합니다. 그래핀 필름의 품질을 더 확인하기 위해 SiO2에 전사된 단층 그래핀 필름의 라만 스펙트럼을 측정했습니다. /Si 기판, 그림 1c에 표시된 대로. I G 그리고 나 2D 그래핀의 두께가 단층임을 확인하는 0.5 미만; 또한 D 피크가 매우 낮고 거의 관찰할 수 없음을 관찰할 수 있는데, 이는 그래핀 필름의 품질이 매우 높고 결함이 거의 없음을 시사합니다.
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아 베어 Cu 호일(왼쪽 패널)과 Cu 호일에서 성장한 그래핀의 사진(오른쪽 패널), b 그래핀/Cu 및 c의 라만 스펙트럼 그래핀/SiO2의 라만 스펙트럼 /시
PET 기판 위의 유연한 그래핀 바이오센서의 사진은 그림 2에 나와 있습니다. 암세포 용액을 세포 풀에 추가할 수 있고 그래핀 바이오센서의 전기 신호는 두 개의 은 페이스트 전극에서 얻을 수 있습니다. 세포 배양 배지 및 CTC 용액에 대한 전기적 응답을 측정했습니다.
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그래핀/PET 바이오센서 사진
이러한 액체에 대한 전류 응답의 시간 의존성은 액체를 세포 풀에 넣기 전과 후에 0.01V의 고정 전압에서 기록됩니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 이러한 액체를 담그기 전에 전류가 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 액체를 세포 풀에 넣으면 전류가 빠르게 감소한 다음 천천히 새로운 균형을 유지합니다. 응답은 η로 정의됩니다. =(나 0 - 나 )/나 0 *100%, 여기서 나 0 는 액체를 담그기 직전의 전류이고, I 일정 시간 동안 액체를 담근 후 최대(또는 최소) 값입니다. 그러한 액체를 넣은 후에는 자소체의 저항이 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 베어 세포 배양 배지 및 침지 용액 200s 전후의 CTC 용액의 전기적 응답은 각각 2.96% 및 37.04%입니다. 분명히, 베어 셀 배양 배지와 비교하여 30 cells/ml에서도 CTC 용액에 대한 전기적 응답은 매우 중요하며, 이는 플렉서블 그래핀 기반 바이오 센서가 암세포 검출에 매우 민감함을 시사합니다.
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아 베어 세포 배양 배지에 대한 전기적 응답, 및 b 30개의 세포를 가진 암 솔루션
그림 3에서 30 암세포/ml의 CTC 용액과 베어 세포 배양 배지에 대한 전기 신호의 시간 의존성을 추가로 분석합니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 베어 세포 배양 배지와 비교하여 전기적 신호, CTC 용액(30 cells/ml에서도)에 대한 반응은 매우 민감하고 빠릅니다. 세포 용액을 담근 후 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%의 응답에 도달하는 데 2.1, 2.0, 4.5, 7.5, 10.5, 28.5초가 필요하며 해당 세포 배양의 응답은 매체는 0.15%에서 1.3%로 증가합니다. 즉, 유연한 그래핀 바이오센서는 5초 이내에 빠르고 민감한 감지에 매우 적합합니다.
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세포 배양 배지 및 CTC 용액에 대한 전기적 반응의 시간 의존성
우리는 10,000(10K)/ml의 동일한 농도로 두 종류의 CTC 암세포(SUDHL8 세포 및 OCILYS 세포)에 대한 전기적 반응을 추가로 조사했습니다. 그림 5에서 볼 수 있듯이 두 개의 서로 다른 암세포에 대한 전류의 시간 의존성은 약간 다른 경향과 전기적 응답의 큰 차이를 보입니다. 즉, 그래핀 바이오센서는 다양한 암세포를 식별하는 데 사용될 가능성이 있습니다.
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다양한 암세포에 대한 전기적 반응의 시간 의존성:a SUDHL8 및 b 오실리스
10,000(10K)/ml 및 100K/ml의 다양한 세포 농도를 가진 SUDHL 8 암세포 용액에 대한 전류 및 응답의 시간 의존성도 조사되었습니다. 그림 6에서 보는 바와 같이 암세포 농도가 낮은 용액이 더 높은 전류를 보이는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 암세포가 절연성 경향이 있고 더 많은 세포가 전도성에 유리하지 않음을 시사합니다. 두 농도 용액에 대한 응답의 시간 의존성은 유사한 변화 경향을 나타내며 저농도 용액에 대한 응답은 고농도 용액에 대한 응답보다 약간 더 높습니다. 이러한 결과는 바이오센서가 농도가 다른 암 용액을 식별하는 데 사용할 수 있음을 보여줍니다.
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전류의 시간 의존성(a ) 및 응답(b ) 10K 및 100K 세포/ml의 농도가 다른 SUDHL8 암세포의 경우
위에서 언급한 바와 같이, 저렴하고 유연한 그래핀 기반 바이오센서가 세포 배양 배지와 암 용액, 다른 암세포 및 다른 농도의 암세포 용액에 대해 다른 반응을 나타내는 결과를 보여줌으로써 이러한 유연한 그래핀 기반 바이오센서가 유망함을 시사한다. CTC 난소암 세포를 감지하고 식별하는 데 사용됩니다.
특히 난소암에 대한 효율적인 조기 발견 방법을 개발하기 위해 PET 기판에 매우 간단한 그래핀 기반의 유연한 바이오센서를 개발했습니다. 이 플렉서블 바이오센서는 세포 풀과 두 개의 전극으로 구성되어 있으며 세포 용액을 첨가하기 전과 후의 전기 신호를 비교하여 높은 감도와 빠른 검출 속도를 보여줍니다. 그것은 세포 배양 배지와 암 용액, 다른 암 세포 및 다른 농도의 암세포 용액에 대해 분명히 다른 반응을 보여줍니다. 우리의 연구는 유연한 그래핀 기반 바이오센서가 CTC 난소암 세포를 민감하고 신속하게 감지/식별하는 데 사용될 가능성이 있음을 나타냅니다.
저자는 모든 관련 데이터가 기사 및 추가 정보 파일에 포함되어 있음을 확인할 수 있습니다.
탄수화물 항원
순환하는 종양 세포
폴리에틸렌 테레프탈레이트
식품의약국
화학 기상 증착
나노물질
초록 본 논문에서는 전금속 메타물질 기반의 테라헤르츠(THz) 바이오센서를 이론적으로 조사하고 실험적으로 검증한다. 이 THz 메타물질 바이오센서는 레이저 드릴링 기술을 통해 제조된 스테인리스 스틸 소재를 사용합니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 이 메타물질 센서의 최대 굴절률 감도와 성능 지수는 각각 294.95GHz/RIU 및 4.03입니다. 그런 다음 이 바이오센서의 유효성을 평가하기 위한 검출 물질로 소 혈청 알부민을 선택했습니다. 실험 결과에 따르면 감지 감도는 72.81GHz/(ng/mm2 ) 검출 한계는 0.035mg/m
초록 온열요법은 비침습성, 부작용 및 독성 최소화, 시행 용이성으로 인해 암 질환을 치료하는 가장 환자 친화적인 방법 중 하나이며 광열 유발 용량 시스템과 같은 새로운 치료 방법의 개발을 촉진합니다. 여기에서 이 연구는 Cs0.33의 광열 효과 변수를 조사합니다. WO3 시험관 내에서 HepG2 간암 세포주에 대한 나노입자(NP), 조사 기간, 광학 전력 밀도 및 NP 농도는 근적외선(NIR) 조사 열 용량의 공식화로 이어집니다. 명시적으로, 120nm의 입자 형상 크기를 갖는 NP는 일련의 산화-환원(REDOX) 반응, 열 어닐
