面向胰腺癌早期标记物(间皮素)检测的SPR生物光纤传感技术

Pancreatic cancer is one of the world’s most devastating malignant tumors. The most promising methodways to reduce the mortality is through early stage detection. At present, the method of Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) based on the tumor biomarker (CA) 19-9 still cannot be used to diagnose pancreatic cancer at an early stage. There is an urgent need for new tumor markers and detection systems in early screening of the asymptomatic symptoms. In this project, a new optic fiber immunosensor integrated integrating the fiber SPR sensing technology with the specific immuno-detection based on the new biomarker MSLN is proposed for the early stage pancreatic cancer diagnosis. This project - Mesothelin detection in early pancreatic cancer diagnosis using optic fibre Immunosensor - will develop an accurate method to detect serum MSLN concentration as a quantitative basis for early pancreatic cancer diagnosis, providing a unique and precious opportunity to take the challenge to develop a promising optic fiber immunosensor based on the new tumor marker MSLN.

胰腺癌是世界上最具破坏性的恶性肿瘤之一。降低其死亡率最有效的方法是通过早期检测进行早期治疗。目前，基于肿瘤生物标志物(CA) 19-9的酶联免疫吸附试验(ELISA)方法尚不能用于胰腺癌早期诊断。早期筛查无症状时，迫切需要新肿瘤标志物和检测系统。间皮素是近年来新发现的肿瘤标志物，在多种肿瘤中特异性表达高，其中包括胰腺癌，且研究表明间皮素在近100%胰腺癌中有表达，证明其是一个有效的肿瘤抗原。本项目基于新的肿瘤生物标志物间皮素检测，将光纤表面等离子体共振（SPR）传感技术与特异性免疫检测技术相结合，采用氧化石墨烯（GO）修饰后的增敏型光纤SPR传感器以实现精确测量，并同时将间皮素单克隆抗体在光纤SPR传感器表面组装及间皮素抗原的免疫性识别，提出了一种可用于胰腺癌早期诊断的间皮素痕量新型光纤免疫传感器。该项目的顺利开展无疑将解决胰腺癌早期诊断面临的难题，为诊断早期胰腺癌提供了一种崭新的方法。

特定生物分子的检测在基础医学研究与临床护理研究都具有重要意义，相较于气体颗粒或者液体离子的检测识别，对蛋白质等大分子生物标记物的检测比较复杂并具有挑战性。与其他传统电化学生物传感器相比，光纤生物传感器具有耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小巧和可远程操控的优点，近年来成为专家学者们的研究重点。本项目的基本研究思路是搭建光纤光栅刻写系统并优化光纤光栅刻写技术，制备出高折射率传感响应的光纤光栅。最后对制备出的光纤光栅进行表面生化修饰以组装对应生物标记物的单克隆抗体，功能化的光纤光栅成为特定生物标记物的免疫传感器，用于对对应抗原的免疫性识别。主要研究内容如下：.（1）利用一个高精度旋转器、两个平动平台和氢氧火焰(HOF)搭建的螺旋长光栅制备系统。利用此系统刻写的螺旋长周期光纤光栅并首次演示了±3阶OAM模式全光纤发生器。可调±3阶OAM模式发生器可以为高阶OAM模式的产生提供一种新的选择，并为高灵敏生物传感器提供新的实验方案。.（2）我们展示了一个接近色散转折点(DTP)的双共振螺旋长周期光纤光栅(HLPFG)，它表现出超高的RI灵敏度(~ 25546 nm/RIU，~1.440)。据我们所知，所实现的RI灵敏度比传统的光纤光栅高出一个数量级以上。超高的辐射系数灵敏度可显著提高辐射系数的测量精度和准确度。.（3）提出了一种基于椭圆芯螺旋长周期光纤光栅(E-HIPFG)的全光纤免疫传感器，用于人免疫球蛋白G (IgG)的特异性检测。对于人类IgG的识别，E-HIPFG的表面被山羊人类IgG单克隆抗体进行修饰功能化。功能化的E-HIPFG用浓度范围为10-100µg/mL的人类IgG溶液进行测试，显示出0.018 nm/(µg/mL)的高灵敏度和4.7µg/mL的检测限(LOD)。值得注意的是，功能化E-HIPFG生物传感器被发现对环境扰动不敏感，温度灵敏度为2.6 pm/◦C，应变灵敏度为1.2 pm/με，扭转灵敏度为−23.566 nm/(rad/mm)。.结果表明，该免疫传感器对标记物抗原检测达到了任务书预期参数指标，并且具有良好的特异性和广泛的应用前景。项目团队共发表8篇高水平SCI研究论文，并培养硕士研究生毕业两人。