基于局域场增强稀土上转换荧光探针的肿瘤标志物可视化检测研究

Cancer is one of the most serious diseases that threaten human life and health, identifying potential cancer biomarkers among the patient samples is a highly imperative approach for early diagnosis of cancer. Recently, the research on the in-vitro detection of cancer biomarkers based on upconversion luminescence probe has developed rapidly, however, the disadvantages of low luminescence efficiency and complicated detection methods limit its clinical application. Based on this background, this project is proposed using opal photonic crystal/metal/Al2O3/upconversion nanoparticles composite films as luminescence probe, employing fluorescence resonance energy transfer effect between upconversion nanoparticles and organic dyes, using surface plasmon resonance and photonic crystal effect synergistically, achieving the upconversion luminescence enhancement, improving the detection limit, furthermore, through the rational design of core-shell structure of upconversion nanoparticles, controlling the effect distance, improving color changes, finally realizing the visual detection of the cancer biomarkers on the small basal. This system can provide theoretical guidance and experimental basis for preparation of novel upconversion probe for visual detection of cancer biomarkers.

癌症是威胁人类生命健康的重大疾病之一，对癌症患者进行早期的诊断是提高其生存率的关键。肿瘤标志物的高灵敏度检测对于癌症早期筛查具有重要意义。近年来，稀土上转换材料在肿瘤标志物体外检测方面得到了广泛的应用，但是仍存在上转换发光效率低和检测手段复杂等问题，限制了其进一步的临床应用。针对于发光效率低的问题，本项目拟设计制备基于局域场增强的蛋白石光子晶体/金属/Al2O3/上转换纳米粒子复合薄膜作为荧光探针，利用金属等离子效应与光子晶体效应共同作用增强上转换荧光，提高检测灵敏度；针对于检测手段复杂的问题，本项目拟在局域场增强上转换荧光的基础上，结合对上转换纳米粒子核壳结构的合理设计，精准地控制能量传递的有效作用距离，提高传感系统在检测过程中的色度变化，在小型基底上实现裸眼可视化检测，为制备新型上转换荧光探针用于肿瘤标志物可视化检测提供理论依据和实验方案。

上转换纳米材料作为生物荧光探针存在发光效率低及检测过程中色度变化小等问题，影响检测灵敏度的提高，限制了其进一步的临床应用。基于此，本项目制备了三明治结构的NaYF4@NaYF4:Er3+/Yb3+@NaYF4上转换纳米粒子，与NaYF4:Er3+/Yb3+纳米粒子相比，其与受体之间的能量传递效率增强约10％，以其作为荧光探针，实现了Cu2+高灵敏度检测，提高了检测过程中的色度变化及检测灵敏度；构建了NaYF4:Er3+/Yb3+@NaYF4@mSiO2-Ru多功能纳米复合体，该材料在980nm/455nm激光共同激发下同时具有上/下转换双模式发光，并可实现细胞内温度和氧含量的同时探测；制备了具有双光子带隙的PMMA光子晶体，研究了带隙位置与上转换纳米粒子的激发场和发射场耦合程度、双带隙薄膜空间位置等因素与荧光增强之间的关系，优化增强效果，在最优化增强条件下，双带隙光子晶体对上转换纳米粒子增强倍数可达171倍。在此基础上，利用双带隙光子晶体薄膜作为增强基底，以上转换纳米粒子为荧光探针，实现了对肿瘤标记物PSA的高灵敏度检测，为实现新型上转换纳米荧光探针在肿瘤标记物检测中的广泛应用提供了技术支持。