“热点”型纳米标记光学探针设计及在癌胚抗原灵敏检测中的应用研究

As induced by environmental pollution and other factors, the global incidence of cancer such as lung cancer continued to rise. The main reason for the high mortality rate of lung cancer is that the lung cancer is already in its terrible late stage once diagnosed. Therefore, the research on the early diagnosis of cancer such as lung cancer has become a hot topic at present. Nanotechnologies in the early diagnosis of cancer and other diseases have been preliminary studied, and showed great potential for applications. This project takes nanotechnology as a starting point to build nanoscale markers with good biocompatibility and high sensitivity, and aims at spectroscopic quantitative detection of biomarkers of cancer. The concrete contents include: firstly, preparing biocompatible plasmonic nanomaterials and magnetic alloy core-shell nanostructures by controllable aggregative growth method, and then labeling the conjugate molecular signal probe and modifying biological capture probe respectively, to obtain nanocomposite magnetic markers with "hot spots". The relationship among the surface properties, optical properties with sensing properties will be studied. Micro-fluidic technology will be employed for magnetic nanocomposite markers enrichment for the final sensitive testing of biomarkers such as carcinoembryonic antigen for lung cancer. Also the performance of composite probes will be evaluated. The project will promote the development of cancer markers identification and rapid-detection technology, as well as provide a solid theoretical and experimental foundation for the application of composited hot-spot nanoprobes in the field of biosensing.

在环境污染等因素诱导下，全球肺癌发病率呈持续走高态势。致使肺癌病死率高的主要原因是肺癌一经确诊便已为中晚期，因此目前对于肺癌早期诊断的研究成为一大热点。纳米科技在肿瘤等疾病早期诊断上已有初步研究，并显示出极大的应用潜力。本项目以纳米技术为切入点，以构筑生物相容性好、灵敏度高的纳米光学探针为主线，以肺癌生物标志物的定量检测为目标。具体内容包括，先通过可控凝聚性生长法制备等离子体纳米材料及磁性合金核-壳纳米结构，然后分别标记共轭分子信号探针及修饰生物捕获探针，获得自带光谱“热点”的磁性纳米复合标记物并对其表面性质、光学特性与传感性能之间的构效关系展开研究，再结合微流控技术对磁性纳米复合标记物作定向富集，最终进行肺癌生物标志物的灵敏检测研究和复合探针的性能评价。本项目将促进肺癌标志物的识别和快速检测技术的发展，并为热点型复合纳米标记探针在生物传感领域的应用研究提供坚实的理论和实验基础。

本项目旨在设计多功能纳米探针并用于检测与癌症相关的生物标志物分子。这一迅速发展的检测技术有望应用于癌症的早诊和初筛，但主要障碍是缺乏具备高灵敏性和选择性的探针。纳米材料的多功能特性是开发其独特的光学、电学、磁学和生物分子识别等性能的重要因素之一。金属纳米粒子已经被广泛地应用于跨学科的领域中，其中一个重要的领域是以纳米粒子或磁性纳米粒子作为检测、治疗、诊断的光谱探针或载体，并且最为突出的特点是对纳米粒子或磁性纳米粒子进行生物分子共轭化，使其标记物具有独特的生物相容性。而不断发展的磁性纳米粒子合成方法可以实现磁性调谐，且体积可以控制在几纳米到几十个纳米范围内，该尺寸接近或小于病毒、蛋白质分子和基因等体积；另外，磁性纳米粒子具有超顺磁性，可以被外界磁场所调控，所以磁性纳米粒子标记的抗体、抗原等免疫结构的形成和分离以及对肿瘤组织的定位给药提供了可能性。因此其在生物医学中的应用引起了研究工作者的广泛兴趣。本项目的方法是设计一种新型的多功能纳米探针，其不仅对生物标志物分子能有效地靶向，还能对检测信号进行显著放大。实现这一能力的关键在于合成尺寸、形状、组成和表面性质可控的金属和核壳纳米粒子及对其生物共轭化，以实现有效等离子体耦合及表面增强拉曼散射。本项目合成了尺寸和结构可控的金属、合金和复合纳米粒子，建立了纳米材料的表面共轭化方法和多功能性，并确定了多功能纳米材料作为生物兼容性、灵敏性、选择性和检测下限的探针应用于检测癌症生物标志物的可行性。项目的重点是理解了纳米粒子间以及纳米粒子表面组装的分子间相互作用对表面增强拉曼散射检测标志物的影响。