椭球金属纳米阵列喇曼光纤在癌症早期在体无标记检测中的应用

针对癌症难于早期检测的挑战性难题，本研究利用椭球金属纳米晶（EAuNs）尖端强等离子场表面增强喇曼、光纤表面EAuN阵列兼备增强喇曼和益于信号耦合功能、增加光纤传感面积以增强喇曼和光纤信号自参比四项创新技术，构建多重增强喇曼自参比光纤生物探针，发展在体指纹式无标记多生物靶标量化检测新方法实现癌症在体原位诊断。研究EAuNs可控制备及基本问题，实现EAuNs尖端强场增强靶分子喇曼；研究EAuNs阵列结构与表面增强喇曼及其与光纤耦合和传输效率相关的几何构形关系，实现最佳增强喇曼耦合与信号高效传输；研究光纤中自参比喇曼与表面纳米阵列增强喇曼信号的参比量化关系，实现EAuNs阵列表面增强喇曼光纤探针的多生物靶标量化检测；研究EAuNs阵列表面增强喇曼光纤探针在体癌症特异靶标检测性能，探索建立癌症早期在体指纹式高灵敏检测的新技术，为实现癌症预警与早期诊断提供创新方法和研究基础。

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种正在发展的无侵害的分子生物学、临床重大疾病早期诊断的新技术与方法。SERS与光纤生物传感器（OFS）结合，使其用于在癌症和艾滋病等重大疾病早期诊断应用展现了巨大应用潜力和可能性。本项目针对探索建立癌症早期在体指纹式高灵敏检测的新技术，为实现癌症预警与早期诊断提供创新方法的研究目标, 将贵金属纳米粒子（MNPs）可控制备和SERS效应与OFS相结合，建立在体原位的SERS生物检测方法，以及本项目新发展的上转换发光纳米生物探针(UPNPr)应用研究目标，开展了MNPs (如金Au和银Ag)的可控制备研究、硅包覆Ag和Au的方法研究、SERS生物标记探针和无标记的SERS增强研究、激发光和SERS与OFS的耦合以及在鼠体内的全血检测方法研究。根据当前的发展趋势，同时开了满足在体全血生物应用需求的UPNPr研究。除此之外，还开展了基于MNPs和UPNPr之间能量传递的均相免疫检测新方法研究以及肿瘤的光动力学治疗方法研究。着重解决了MNPs和发UPNPr制备难于可控的关键技术难题、解决了由于全血样品荧光背景强无法实现在体检测的难题。 本项目获得了如下重要结果：1）发展了MNPs制备新方法，获得了高生物相容性和质量的银纳米三角片、金纳米粒子和银纳米粒子；2）发展了基于巯基十一酸作为耦联分子的MNPs的万能包硅方法和除盐简化硅包覆SERS探针的新方法；3）发展了水溶液中银纳米粒子自组装形成“热点”增强SERS的新方法；4）首次发展了通过785nm激光热聚集制备“热点”的新方法；5）利用金纳米棒和UPNPr构建的分子光开关，发展了均相免疫检测新方法;6) 获得了本项目新型UPNPr在鼠体内外肿瘤的生物成像和光动力学高效治疗效果；7）建立了基于SERS生物探针的OFS在鼠体内原位全血检测新方法的。更深入的研究仍在继续进行中;8)演示了在体无标记SERS生物检测原理性实验。.本项目发展学术论文共计37篇（其中一篇已提交AFM）,其中期刊论文6篇，国际会议邀请报告4篇，国内会议邀请报告2篇，博士学位论文3篇。.本项目取得的上述重要结果对于发展癌症及艾滋病等重大疾病早期在体“指纹式”的诊断和普查应用具有重大的实际意义。