结合微流控和磁性分离技术的肺癌标志物SERS生物芯片研究

In China, lung cancer has occupied the first place of incidence and mortality of malignant tumour, and become the major health killer to the residents. Early diagnosis is an important measure to improve lung cancer survival. Surface-enhanced Raman scattering (SERS)-based biosensing technology is known as a potential, sensitive and reliable analytical techniques to achieve early detection of tumor. Aiming to the significant demand for the early detection of lung cancer, this project is committed to develope highly sensitive SERS-sensors, and combine with the microfluidic chip, as well as magnetic separation and enrichment, to perform highly sensitive, specific joint detection of the trace protein markers of lung cancer in serum, establishing a SERS-based micro total analysis system for sample treatments and analysis. By monitoring the markers and concentrations in serum, medical staffs can assess the disease potential threat and launch the early diagnosis of cancer. Through the study of this subject, a technology platform can be created for the application of the SERS in the early detection of lung cancer, as well as other tumor diseases, which can make technical preparations for the further development of portable device for point-of-care testing of early lung cancer.

肺癌已占据我国恶性肿瘤发病率和死亡率第一位，成为我国居民的一大健康杀手。早期诊断是提高肺癌存活率的重要措施。基于表面增强拉曼散射的纳米生物传感技术是实现肿瘤早期检测潜在的灵敏、可靠分析方法。本项目立足于肺癌早期诊断的重大需求，开发基于SERS技术、面向肺癌标志物检测的高灵敏免疫传感器，并结合微流控芯片和磁性分离与富集技术，对血清中的痕量肺癌标志物开展高灵敏、特异性的联合检测研究，建立集样品处理、分析于一体的SERS检测微全分析系统，借助SERS免疫检测技术监视蛋白标志物在血清中的水平来评估疾病潜在的威胁，对肺癌的发生开展早期检测。通过本课题的研究，为SERS技术在肺癌以及其他肿瘤疾病早期诊断中的应用建立技术平台, 也为进一步开发便携的、现场实时（POC）检测设备，实现便捷、高效的肺癌早期筛查做技术准备。

肺癌的早期检测对于有效降低病发死亡率，提高国民平均寿命具有不可估量的作用。选择组织特异的肿瘤标志物并开展血液中多种标志物的联合检测对癌症的早期诊断具有重要的临床意义。表面增强拉曼散射（SERS）是针对多元痕量物质检测的高灵敏分析工具，研发基于SERS技术的多标志物联合检测技术及其检测芯片有望实现肺癌的早期检测。本项目围绕SERS活性纳米材料可控制备、表面功能化修饰构建生物探针，以及痕量血清标志物联合检测及一体化芯片构建等实施了系统的研究工作，取得了一系列具有国际影响力的原创性研究成果。提出了六八面体金纳米颗粒的微波合成方法；在国际上首次报道了绣球花状金纳米颗粒及其一步合成技术；可控制备了具有片状花瓣的金纳米花；制备得到了具有超顺磁性的金壳型磁性纳米颗粒；构建了多种高灵敏、生物兼容性好、性能稳定的SERS探针/传感器，并验证了对不同肿瘤标志物具有特异性识别能力。探索得到了生物环境条件等对SERS传感器的光谱性能、稳定性及其特异性识别性能和可重复性的影响；开展了血清中两种肺癌标志蛋白CEA和NSE的联合检测，检测限分别达到1.48 pg/mL和2.04 pg/mL；构建了用于多元肺癌血清标志物联合检测的SERS芯片，开展了人血清样品中肺癌标志物核酸miRNA-21、miRNA-486、miRNA-375的高灵敏联合检测，检测限分别达到393 aM、176 aM、144 aM。研究成果为SERS技术在肺癌早期检测中地广泛应用，提供了更多可选择的SERS探针和技术支持。已在Nanoscale、Biosensors and Bioelectronics、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Materials Chemistry B等杂志发表SCI论文12篇,待出版学术专著1本；公开专利14件，其中授权发明专利5件，申请发明专利7件，授权实用新型专利2件；参加国内国际学术会议8人次；协助培养博士研究生1名，培养硕士研究生4人。