针对急性白血病细胞检测的核酸适体型SERS多通道微流控芯片

As a group of deadly blood malignancies, acute leukemia has been seriously threatening human’s life and health. To satisfy the grandiose demands of early diagnosis and individual treatment of acute leukemia, a multi-channel SERS-based microfluidic chip is proposed in this project, which enables the detection of leukemia cells. In essence, a typical approach is to combine aptamer, multi-dimensional SERS encoding method with microfluidic chip technology. The SERS-based optical biosensor with aptamers as bio-recognition elements was developed on the micro-fluidic carrier platform, which integrates the pre-treatment and further analysis of blood samples and achieves the detection of leukemia cell and its surface antigens with a high sensitivity, a high throughput and a high stability. This bio-detection chip improves the accuracy of state diagnosis (immunophenotype included) and the afterward evaluation, which provides a powerful technical support for the quick formulation of individual treatment. The main research contents of this project include the basic theory, design and manufacture of novel SERS detection chip and their applications in leukemia cell detection. Development of multi-dimensional SERS encoding and imaging methods based on spatial/spectral encoding tools meets the high throughput requirements. This project aims to overcome technical difficulties in design, manufacture and utility of SERS-based detection microchip and realize SERS microchip with independent intellectual property rights, which provides a design solution and technical support for minitype, portable and individual real-time diagnosis platform of major diseases in the future.

急性白血病是恶性血液肿瘤的一种，严重威胁着人类的生命健康。本项目面向急性白血病早期诊断和个性化治疗的重大需求，提出将核酸适体、SERS光谱与微流控芯片技术结合，研制用于白血病细胞检测的多通道SERS微分析系统。该芯片集血液样品处理和分析于一体，以核酸适体为生物识别单元，以SERS光谱为光学信号单元，以微流控芯片为技术平台，通过集成三者的优势实现对急性白血病细胞及表面抗原的高灵敏、高通量和高稳定性检测。该新型检测芯片有利于提高急性白血病诊断（含分型）和预后评估的准确性，为快速制定个性化治疗方案提供有力的技术支撑。项目拟围绕核酸适体型SERS微芯片的基本理论、设计制备和在白血病细胞检测中的应用展开研究。针对高通量检测需求，发展基于空间/SERS光谱复合编码的编码新方法，解决SERS检测芯片的设计制作与检测的技术难点，为发展小型、便携、个体化的重大疾病实时诊断平台提供设计思路和技术支持。

白血病是造血组织中某一系造血细胞异常扩增导致造血系统出现异常的疾病，在我国发生率约2.76/10万。各种恶性疾病致死率中，急性白血病在小于35岁的患者之中位居首位，是导致中国居民死亡的十大恶性肿瘤之一。因此，解决如何提高早期白血病分型诊断精确度和愈后微小残留病检测灵敏度这些问题迫在眉睫。本研究基于SERS技术和微流控技术，开发针对急性白血病细胞检测的检测平台，为早期诊断、治疗方案药物评估、预后监测等临床过程提供灵敏可靠的信息。它具有以下优点：SERS技术可以克服细胞自荧光和荧光淬灭的影响，灵敏度更高，可通过对生物标志物的定量检测对白血病进行表型确认；微流控平台集成性好且不易污染，能够在不破坏细胞的前提下对细胞进行原位检测。同时，通过联合使用SERS和微流控技术来构建SERS微流控芯片，可进一步提高SERS技术的检测通量和检测精度，降低SERS免疫检测的操作复杂度。项目的主要研究内容包括：核酸适体型SERS免疫探针的构建及其在生物分子检测中的物理机制研究，SERS微流控芯片的设计与特性研究以及SERS微流控芯片在急性白血病细胞检测中的应用研究。通过4年的研究，项目实现了原定研究目标。获得了一系列基于复合纳米材料的核酸适体型SERS免疫探针，具有SERS信号稳定、特异性好、可重现性高等优势，与微流控平台结合，实现了高通量的白血病相关生物标志物检测。其中，针对白血病最小残留病灶（MDR）预后监测困难、药物耐受性高、标志物含量低等特点，我们提出利用SERS免疫三明治结构，在血清等临床复杂环境下检测白血病相关生物标志物，为拓展SERS技术在白血病筛查、分型和预后的应用前景提供了新的途径。