基于表面等离子体共振的肿瘤标志物高精度检测方法研究

针对表面等离子体共振（SPR）方法检测肿瘤标志物（TM）存在的非特异性吸附、灵敏度低、生物污染、背景差异等问题，本项目提出基于微流体纯化技术和SPR相结合，能同时提高检测的特异性和灵敏度的高精度检测方法。通过（1）微流体纯化芯片参数的设计和优化，包括肿瘤抗原的吸附试剂、解吸附和洗脱方法的选择，实现直接从血液中纯化TM，提高检测的特异性；（2）设计高精度SPR传感系统、优化传感方法，包括设计和优化SPR光耦合系统、并行检测系统，利用纯化和检测分离方法，避免生物污染和样品的背景差异，提高检测的灵敏度；（3）采用共振光信号的稳态值和趋势线联合分析方法,建立多种TM联合预测模型，为肿瘤联合诊断和疗效评估提供方法。项目的研究目标要达到3种以上标志物并行检测限为ng/ml，测试时间一组样品10-20分钟。本项目研究的同时提高测量特异性和灵敏度的方法也可推广到SPR分析其它生化成分的应用中。

肿瘤已成为人类主要的死亡病因，攻克肿瘤的关键在于提高早期诊断的准确率。因此发展无需标记的快速、高灵敏度的肿瘤标记物检测方法有重要科学意义和临床实用价值。本项目围绕“发展检测肿瘤标记物的表面等离子体共振方法”这个核心任务，紧扣“光学倏逝场与物质的相互作用”这个科学问题，开展了以下主要工作。（1）首先，从Kretschmannn结构的SPR传感器入手，搭建了一套基于棱镜的SPR波长调制型传感系统，实现折射率分辨率为10-6RIU，为肿瘤标记物的高灵敏度检测奠定了技术基础。(2)深入研究了侧边抛磨的单模光纤（SP-SMF)、多模光纤（SP-SMF)、光子晶体光纤（SP-PCF)的模场特性、传输特性和传感性能，在此基础上重点研究制作了基于SP-SMF、SP-SMF的SPR传感器，并完成了生物成分（glucose）、牛血清蛋白（BSA)和肿瘤标记物（CA-153、AFP)的实验测定，实现体折射率分辨率为10-6RIU，表面绑定测量的分辨率为ng/mm2的实验测量，阐述了基于侧边抛磨光纤的SPR技术的机制，发展了完整的SPF-SPR技术体系，推动SPF-SPR技术应用，实现了项目预期目标。此外，还研究和发展了适合微量生物化学探测的微流样品池和微流芯片。（3）研究了光学倏逝场环形共振的，具有极高Q值、传感灵敏度又有微流性能的光学微流共振探测方法（Optofluidic ring resonator, OFRR)和微流激光探测就技术（Optofluidic laser），实现nL量级的样品的on--column反应、分离和探测。（4）最后，我们还探索了SPR传感性能增强的新方法(近场纳米聚焦）、新材料（Graphene）和新结构（混合光纤结构，SMS)，为SPR传感性能的进一步提高奠定了理论和实验上重要基础。探索了光学微流共振技术与SPR技术的结合。. 总之，本项目所发展的结合微流体技术、SPR传感方法和光微流共振传感是一种能同时快速、高灵敏度、无需标记避免生物污染、样品量少的肿瘤标记物检测方法。应用这些方法和技术在实验室完成了生物蛋白分子和肿瘤标记物的测量，实验结果显示我们已达到项目预期目标，发展和推动了肿瘤标记物的SPR检测方法和检测技术，对于肿瘤的早期诊断具有临床应用意义。此外，还发展了新的增敏方法、新型功能增敏材料和新的传感结构，有充分的学术意义和进一步研究的价值。