基于多色长余辉发光材料的时间分辨多重基因检测方法研究

Fluorescence encoding-based multiplex biosensing possess the capability to quantify multiple objects in parallel using a single sample, which allows of great significance in early diagnosis of acute infectious disease with numerous subtypes. However, the fluorescence probes such as organic fluorescent dyes or quantum dots used in multiplex detection possess various limitations, for example: high autofluorescence, photobleaching and highly destructive to bio-samples. Recently, persistent luminescence materials (PLMs) have been well applied in life science research. Due to the unique optical properties of complete separation of excitation and emission process, background-free time-resolved fluorescence technique can be easily realized. In this project, we intend to obtain multicolor PLMs by simply mixing red, green, blue emitted PLMs. The encoding microbeads will be prepared by encapsulated PLMs into PDMS and fabricated by microfudics. Using the dynamic change of afterglow color with time as the encoding information, smartphones and flow cytometers as the decoding equipment, stable decoding methods and encoding databases will be established, so as to achieve time-resolved bio-detection with high signal-to-noise ratio and application in HPV typing diagnosis with high efficiency and accuracy. This project is expected to provide a new method for developing low-cost and user-friendly portable diagnostic equipment.

基于荧光编码的多重检测技术可以对单个样品中几个甚至几十个待测物进行平行检测，因此在发病快、亚型多的疾病早期诊断中具有重要意义。使用染料、量子点等材料的荧光编码存在背景荧光强、光漂白、激发光源破坏样品等问题，从而限制了其在生物检测中的应用。近年引起广泛关注的稀土长余辉材料具有激发与发射过程完全分离的独特光学性质，有望实现无背景信号干扰的时间分辨荧光技术。本项目拟通过红、绿、蓝三原色发光的长余辉材料的混合来获得多色发光长余辉材料，利用微流控技术制备出PDMS包裹的编码微球，以稀土长余辉材料余辉光颜色随时间发生的动态变化作为编码信息构建出时间分辨多重编码体系；利用普及程度较高的智能手机、流式细胞仪等作为解码设备，建立稳定的解码方式和编码数据库，从而实现高信噪比的时间分辨基因多重检测，并应用于高效、精准的HPV分型诊断。本项目的开展有望为开发出造价低廉、用户操作友好的便携式诊断设备提供新的方法。

本项目围绕传染性疾病的快速多重诊断开展相关研究工作。将高效发光的多色稀土长余辉体相材料与高分子聚合物结合，通过微液滴技术生成可被智能设备解码的多色编码微球，构建了无背景信号的时间分辩的多重基因诊断体系，实现了对核酸生物样本的多重检测，以普及程度高的智能设备作为解码工具，将极大地降低检测的时间和经济成本和对操作人员的操作要求。针对化疗药物普遍存在的毒副作用，通过四硫键与多巴胺共掺构建了一种肿瘤微环境中高浓度谷胱甘肽响应的中空介孔SiO2纳米靶向药物输送系统，实现了对恶性肿瘤的化疗-光热疗法联合治疗策略，在保证正常组织安全性的同时，极大地提高了对肿瘤细胞的杀伤性。采用硬模版法合成了靶向肿瘤细胞CeO2纳米酶，可以催化细胞内产生活性氧发挥化学动力学作用，同时内部负载的ICG在肿瘤处响应性释放后，在活性氧的作用下，产生更强的光热效应；同时自由基的产生将抑制热休克蛋白的表达，从而提高肿瘤细胞对光热治疗的敏感性。以上研究成果将为疾病的快速诊断与精准治疗提供研究基础和借鉴思路，为对抗传染性疾病、肿瘤等重大难题寻求新的机遇。该项目在稀土长余辉多重检测体系的构筑、多模式复合治疗等方面取得了一系列研究成果，包括发表学术论文3篇，申请国家发明专利1项。