高灵敏液相生物芯片检测系统及其在肺癌早期诊断中的应用

Lung cancer is the main reason of death among all the cancer patients, which is closely related to limited effective biomarkers and diagnosis methods. This project attempts to combine quantum dots encoded fluorescent microspheres coated by noble metal nanoshells with controllable optical properties and the ordinary flow cytometry to build a novel high sensitive liquid biochip double-platform for proteins and microRNAs. SPG membrane emulsification combined with seeded growth method and pickering emulsion method will be used to achieve the controllable preparation of quantum dots encoded fluorescent microspheres coated by noble metal nanoshells. After successfully achieving the ways of encoding and decoding, and investigating the effect of metal enhance fluorescence on detection sensitivity, the novel suspension liquid biochip platform will be used to realize high-throughput, fast joint detection of lung cancer specific protein and miRNA biomarkers, respectively, which will lay the foundation for further development of novel suspension liquid biochip with independent artificial intelligence, and provide an efficient new way for early diagnosis of lung cancer.

我国首位恶性肿瘤死因是肺癌。这一严重现状与临床上缺少灵敏、特异的早期实验室诊断标志物和方法密切相关。因此，本项目拟在前期研究基础上将表面包覆贵金属纳米壳层的量子点荧光微球结合流式细胞仪构建出蛋白和microRNA高灵敏液相生物芯片多元检测双平台；采用SPG膜乳化法结合种子生长法和pickering乳液法探索包覆贵金属纳米壳层量子点荧光微球的可控制备;研究其在流式细胞仪上实现编码和解码的方法和途径，同时研究利用贵金属荧光共振增强效应获得高检测灵敏度；选择目前临床常用的肺癌肿瘤标志物和新发现的肺组织相关的micro RNAs作为标志物，探索并建立稳定性好、灵敏度高和线性范围宽的多指标检测技术平台；经临床样本检测和ROC曲线分析评价检测性能和临床价值；为建立肺癌早期诊断专家分析系统奠定基础，为肺癌早期诊断提供高灵敏度、高特异性，便捷和快速的检测方法与技术平台，使更多的肺癌患者能从该技术中受益。

本项目的工作主要围绕基于新型发光材料编码微球的蛋白/miRNA肿瘤标志物高灵敏液相芯片检测平台的构建及应用进行研究。获得了以下创新成果：（1）为了解决多色荧光编码微球中由于能量转移带来的微球编码信号无法预测、编码数量受限的问题，我们提出通过使用大斯托克斯位移（高达180 nm）的CdSe/CdS四足量子点消除微球中多色量子点之间的光谱重叠，解决荧光编码微球中能量转移，实现微球编码信号的精确设计。利用SPG膜乳化法可以方便调控微球粒径的优势，基于3种粒径，2种颜色，7个浓度梯度，构建了包含144种荧光微球的3D编码库，这也是目前量子点编码中得到的数量最大的编码库。（2）首次提出通过SPG膜乳化-Pickering乳液法，使用AgNCs作为乳化剂、稳定剂，一步制备表面包覆银纳米壳层的量子点荧光微球，制备过程简单、方便。使用包覆银纳米壳层的量子点荧光微球构建用于DNA的液相芯片检测平台，通过银纳米壳层的金属增强荧光效应(MEF)，进行信号放大，显著提高检测灵敏度。（3）创造性提出将光学性能优异的新型发光材料—聚集诱导发光材料(AIEgens)引入到液相芯片中，基于AIEgens微米球和AIEgens纳米球，结合流式细胞仪，构建新型高灵敏液相芯片检测平台。与PE和绿光量子点纳米球相比，HPS纳米球作为报告分子，检测灵敏度提高3-5倍。将基于AIEgens构建新型高灵敏液相芯片检测平台用于病人样本的检测，与临床金标准方法相比具有很好的一致性。以上研究成果为进一步研发具有自主知识产权的新型悬浮式液态生物芯片及其临床转化打下基础,为癌症的早期诊断提供高效新途径。