基于人体唾液SERS光谱分析的鼻咽癌无创检测方法研究

Nasopharyngeal cancer (NPC), a highly malignant with extensive infiltration and distant metastases, is especially prevalent in southern China and has greatly threatened the health of people. Early diagnosis of NPC is crucial to improving patients’ survival rate. In this project, a surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) technology combined with multivariate diagnostic algorithm was used to rapidly and non-invasively detect human saliva of NPC patients. The main contents include: using regular SERS tool for studying special composition changes of NPC patients’ saliva; using SERS method for studying the changes of whole RNA extracted from the saliva; changing the polarization state of exciting and scattering light for saliva SERS detection. The accuracy, high signal-to-noise ratio and good repeatability SERS signals of NPC patients’ saliva would be obtained by changing the biochemical samples and physical conditions. This exploratory work aims to develop a novel, non-invasive and rapid NPC detection based on human saliva SERS technology.

鼻咽癌是一种具有高侵袭性和转移性的恶性肿瘤，特别高发于中国华南地区，对人们的生命健康造成了极大的威胁，早期诊断是提高患者生存率的有效途径。本课题利用表面增强拉曼光谱（SERS）技术并结合多元诊断算法对鼻咽癌患者唾液进行快速无损检测分析，具体内容包括：采用SERS光谱研究鼻咽癌患者唾液整体的特异性变化；然后从唾液中提取相关的遗传物质RNA，再对所提取RNA的SERS光谱开展检测研究；最后改变激发光与接收光的偏振条件，检测唾液的SERS光谱。本研究利用SERS技术检测鼻咽癌患者唾液，并改变其检测生化对象与物理条件，获取准确、信噪比高、重复性好的鼻咽癌患者唾液的SERS光谱信号。本课题希望发展一种基于人唾液SERS光谱技术的鼻咽癌无损快速检测新方法。

本课题将具有分子检测能力的表面增强拉曼光谱（SERS）技术应用于鼻咽癌患者的唾液检测研究中，探索一种无损、快速、客观、准确的基于人体唾液SERS技术的鼻咽癌检测新方法。主要研究内容包括：（1）基于常规SERS技术的鼻咽癌患者唾液检测研究。我们获得了高质量的鼻咽癌患者和自愿者唾液的SERS光谱，通过对比发现：随着鼻咽癌的形成和发展，唾液中的蛋白、核酸、脂肪酸、糖类、胶原等物质发生了变化，利用主成分分析和线性判别分析可对两类样本进行初步区分和判别。此外，我们提出一种基于醋酸纤维素膜快速、方便获取唾液纯化蛋白的方法，并将该方法与SERS技术相结合，对鼻咽癌唾液进行区分判别。该方法可去除唾液样本中的外源性物质，提高唾液SERS光谱的重复性，进而提高其诊断效能。（2）基于核酸-SERS技术的鼻咽癌检测研究。我们尝试提取鼻咽癌患者唾液中的总RNA进行SERS测试，并获得了高信噪比的SERS光谱，从中可以找到分别归属于腺嘌呤、胸腺嘧啶、磷酸骨架的拉曼峰位。（3）基于偏振-SERS技术的鼻咽癌患者唾液检测研究。我们对共聚焦拉曼显微光谱仪的接收光路进行偏振化改造。在接收光路上设置一个线偏振片，并将偏振片分别置于竖直方向和水平方向，然后在两种情况下分别对两类唾液样本进行SERS测试。实验结果显示，同一批样品在不同偏振检测条件下所获得的检测效果具有明显差异，其中垂直偏振下的判别灵敏度与特异性高于水平偏振。此外，我们还将相关创新技术拓展应用于其他常见人体体液（血液和尿液）的检测研究中，并自主搭建了大光斑拉曼光谱仪、光摄拉曼检测仪、荧光成像引导下的拉曼活体检测仪等多个基于拉曼光谱技术的新装置。本项目总共发表SCI收录论文14篇，其中中科院分区一区论文1篇，二区论文6篇，影响因子3以上的论文8篇，取得了理想的科研成果，达到了预期目标。