稀土掺杂反蛋白石结构三维光子晶体生物传感器检测白血病BCR/ABL融合基因的研究

Leukemia is a hematopoietic system cancer, and the BCR/ABL fusion gene is the specific tumor marker of chronic myeloid leukemia (CML). It can be used to diagnose CML in early phage and predict recurrence that the expression of fusion gene in marrow blood and minimal residual disease. The fluorescence method used for fusion gene detection is not desirable, so it is essential to investigate a fluorescence detection technology with high sensitivity and better specificity for BCR/ABL fusion gene detection in clinical. The subject of this study is to prepare a high quality rare earth doped reverse opal structure three dimensional (3-D) photonic crystals (PC). It can be enhanced by photonic stop band effect and slow light effect of PC that the spontaneous radiation of rare earth and the efficiency of fluorescence resonance energy transfer（FRET）between rare earth spontaneous radiation and SYBR Green I which is the hybridization indicator of nucleic acid, and the fluorescence signal of the dye can be enlarged effectively, thus we can obtain a fluorescence PC biosensor with high sensitivity and better specificity which can be used to detect trace amount BCR/ABL fusion gene without DNA amplification, and it can meet the requirement of early diagnosis and prognosis judgment for leukemia. Lanthanide compound fluorescence PC will be used to detect fusion gene for the first time, and this work might provide some new experimental bases for the exploration of PC DNA biosensor.

白血病属于造血系统恶性肿瘤，BCR/ABL融合基因是慢性髓系白血病的特征性标志，检测骨髓血及微小残留病融合基因表达水平，可早期诊断白血病的发生及预测复发，而目前的荧光检测方法还不够理想，因此探索具有高灵敏度及特异性的荧光检测BCR/ABL融合基因方法具有重要的临床意义。本项目拟制备高质量稀土掺杂反蛋白石结构三维光子晶体，利用光子晶体的带隙效应和慢光效应等机制增强稀土自发辐射以及与核酸杂交指示剂SYBR Green I染料之间的荧光共振能量传递效率，并有效放大染料分子的荧光信号，从而获得高灵敏、特异性的荧光光子晶体生物传感器，实现无需体外扩增的痕量BCR/ABL融合基因定量检测，满足白血病临床早期诊断及预后判断的需要。本项目首次提出利用镧系化合物荧光光子晶体进行融合基因的检测，将为光子晶体DNA传感器的探索提供新的实验依据。

白血病融合基因检测需要一种灵敏、特异性强的方法，以满足白血病临床早期诊断及预后判断的需要。目前，用于融合基因检测的生物传感器研究主要集中于电化学生物传感器。光子晶体结构对置于其中的荧光客体具有重要的调制作用，当荧光检测分子发射光谱与光子晶体带隙匹配时，利用光子晶体的带隙效应和慢光效应，可以使荧光分子的检测信号增强。本项目制备高质量稀土掺杂反蛋白石结构三维光子晶体，深入研究光子晶体对稀土离子发射光谱与荧光动力学的深度调制，增强稀土离子自发辐射以及与血清离子、生物素、肿瘤标志物和核酸等生物分子的标记物之间的荧光共振能量传递效率，并有效放大荧光信号，进行生物学检测。在项目进行期间，我们通过表面等离子体与光子晶体的共同调制实现了对Er3+上转换发光总体荧光强度1200倍的增强，其中红光发射增强了3000倍以上，绿光发射增强了800倍；通过新的模板辅助的溶剂热法制备了具有高效上转换发光特性的反蛋白石光子晶体，通过 Yb3+、Tm3+共掺杂实现高效的紫外光发射。我们将光子晶体调制稀土离子的光致发光作用应用于血清离子、生物素及肿瘤标志物等的高灵敏生物检测。并进一步将寡核苷酸探针固定于稀土掺杂反蛋白石结构三维光子晶体，通过光子晶体的特殊效应，增强Yb3+、Tm3+自发辐射与核酸杂交指示剂荧光染料之间的荧光共振能量传递效率，并有效放大染料分子的荧光信号，实现BCR/ABL融合基因检测。项目进行期间，我们基于以上结果发表了Advanced materials、Nanoscale和Journal of Materials Chemistry等SCI论文26篇。文章发表后，被很多综述性文章引用和评述。另外我们还对项目中的关键技术申请了专利保护。本项目为光子晶体增强光致发光及在生物检测中的应用提供了更具实用价值的功能材料，为实际应用奠定基础。