标记物识别模式的电致化学发光多组分分析及其临床应用研究

Due to the limited specificity and sensitivity of biomarkers for clinical diagnosis, the measurement of a single biomarker is usually insufficient for diagnostic purpose. The sensitive, precise and accurate multianalyte assays for measuring tumor markers in biological samples will be valuable tools in a wide range of clinical application. Multianalyte immunoassay (MAIA) has gained increasing attention due to its high sample throughput, short assay time, low sample consumption and reduced overall cost per assay. Although commercial electrogenerated chemiluminescence (ECL) detection system based on Ru(bpy)3 2+ / tri-n-propylamine reagent kits has been widely used in biomedical and diagnostics assays, the ECL based immunoassay of analytes panel is performed as discrete tests, i.e., one analyte per assay run, and several runs are needed to detect all components in a complex system. This project is aiming at ECL based multilabel mode MAIA and its diagnostic application. The research work contains: 1) novel synthesizing route for quantum dots (QDs) with efficient ECL emissions, and the way to adjust the ECL potential (or ECL spectrum) difference among QDs. The QDs of different ECL potential (or ECL spectrum) will be used as multi-ECL-label in the multilabel mode MAIA searches. 2) potential-resolved multilabel mode MAIA research with QDs of different ECL potential as labels. 3) spectrum-resolved multilabel mode MAIA research with QDs of different ECL spectrum as labels. 4) diagnostic application of ECL based multilabel mode MAIA towards early diagnosis of tumors. This project will provide technique support to the development of ECL based MAIA instruments and regent kits with independent intellectual property rights.

临床上通常需要同时检测多种肿瘤标志物以提高早期诊断的准确性。为克服电致化学发光(ECL)临床检测技术只能进行单指标检验的缺点，本项目拟利用不同量子点之间ECL辐射的差异性，以量子点为ECL标记物，开展标记物识别模式的ECL多组分分析及其临床应用研究。研究内容包括：1)通过量子点ECL辐射的差异性研究，制备ECL电位或ECL光谱存在显著差异的量子点作为多组分分析的标记物；2)利用量子点ECL电位的差异性，开展电位分辨型的ECL多组分分析研究；3)利用量子点ECL光谱的差异性，开展光谱分辨型的ECL多组分分析研究；4)利用肿瘤标志物的互补性，开展ECL多组分分析的临床应用研究，通过探索不同肿瘤标志物组合与肺癌和脑胶质瘤等常见肿瘤之间的关联，开发血清学肿瘤诊断新技术，提高肿瘤早期诊断的准确度，同时为相关试剂盒和临床检测设备的开发提供技术支持。

电致化学发光（electrochemiluminescence, ECL）是一种依靠电化学手段使体系中某种物质达到激发态进而产生光辐射的分析技术。与光致发光分析相比，ECL分析具有信噪比高、响应动态范围宽等优点，已在化学、生物和临床诊断等领域获得广泛应用。由于以单个光电倍增管为检测器的常规ECL检测设备不能识别和同步采集不同波段的辐射，常规ECL分析难以同时检测多种目标物，限制了ECL多组分分析及其应用研究的发展。本项目利用不同量子点 ECL 辐射的差异性，以量子点为标记物，开展了标记物识别模式的 ECL 多组分分析及其应用研究，主要成果如下：1）试制了一套可以准确采集ECL光谱的实验装置和一套可同步采集两种不同波段ECL辐射的实验装置（已分别申报中国国家专利），为开展标记物识别模式的ECL多组分分析提供了硬件支持；2）以本课题组拥有中国国家发明专利的CdSe量子点为标记物发展了一种具有临床应用价值的ECL单分子免疫分析技术，采用该技术验证了ECL光谱检测装置的分析性能；3）以低毒性CdZnSe量子点为标记物构建国际上第一支光谱型ECL生物传感器，率先开展了光谱型的ECL生化分析研究；4）在国际上率先开展钙钛矿量子点ECL研究，证实钙钛矿量子点ECL辐射具有高度单色性，其半峰宽可低于20纳米，相关研究为开发高单色性ECL体系和发展光谱分辨型ECL多组分分析开辟了新方向；5）以本课题组拥有中国国家发明专利的CdSe和CdTe量子点为标记物研发了一种光谱型的双色ECL分析技术，利用标记物ECL光谱特性的差异性首次实现了光谱分辨型的ECL多组分分析；6）在国际上首次研究了CuInS2量子点的ECL特性及其在电化学条件下的载流子注入和转移机理，为研发新型无毒ECL物质提供了重要的理论借鉴；所有有关ECL多组分分析的标记物、实验装置和相关技术均已申报中国国家专利（本项目在研期间已授权5项），为基于ECL多组分分析技术研发具有自主知识产权的多指标临床诊断新技术和相关仪器装置提供了重要的技术支持和硬件保障。