电化学发光共振耦合超弱生物发光与早期癌症相关性研究

超弱生物发光是生物体内代谢或核酸合成过程中发生的发光现象，尤其是代谢过程中的脂质过氧化与某些肿瘤的发生存在相关性，由于其强度极弱，至今在检测上还存在困难，未能实际应用于临床研究和癌症的早期诊断。由于均涉及活性氧，利用鲁米诺的电化学发光和超弱生物发光实现能量共振耦合，并利用纳米材料以及溶液介质的增强效应，可望大幅提高超弱生物发光强度，从而具备临床应用的可行性。在此基础上，结合合理的分离手段消除高浓度共存物质的干扰，利用实验动物进行研究，通过人为引发肿瘤组织进而对癌症病例和对照组的血液样品和活体组织样品进行对比研究，确定发光行为和癌症发生之间的相关性，同时为临床病理研究提供新方法。结合临床医疗，探索实际应用的可行性，为癌症早期诊断提供依据，并研发适用于临床应用的检测设备。世界卫生组织预测，到2025年，我国年新增肺癌病人约100万，将成为世界第一肺癌大国，因此本研究将以肺癌为主要研究目标。

通过该项目研究，理解清楚了一个重要问题，即超弱生物发光与电化学发光之间如何实现共振偶合。超弱生物发光是存在于生物体内的一种发光现象，其来源是氧代谢产物之间通过一系列相互反应（Harber-Weiss反应）导致最终产生单线态氧，单线态氧是氧的激发态，因此发出微弱的光。而氧的这个代谢过程与生物体的健康有密切的关系，当体内活性氧（Reactive Oxygen Species，ROSs）的产生与清除失去平衡时，医学上称为氧化应激（Oxidative Stress，OS）状态，临床研究表明有多种疾病均与OS有关，如呼吸系统癌变、循环系统、内分泌系统及神经系统的病变，包括冠心病、糖尿病、老年痴呆等。本研究表明，单线态氧的发光能量与电化学发光之间可以发生共振能量转移，因此在两种发光行为之间获得耦合增强，大大提高了对发光的检测能力，从而实现了对OS的直接检测（以往在临床上均只能检测OS的代谢产物作为间接指标）。主要研究了三种发光体系：鲁米诺、量子点及两者的联用。研究同时表明，纳米材料及微乳液体系均会进一步促进光信号的增强，尤其是以TiO2及相关复合物效果较为理想，合成了TiO2纳米壳、纳米管、负载金原子簇或AuAg（PtAg）合金簇等材料以修饰电极，均获得极高的检测性能，对过氧化氢的检出限达到10-10mol/L水平。本研究开发了一系列研究装备和器件：1.流动注射检测系统（单/多流路切换，nL和L体积检测池），2.基于ITO玻璃的纳米功能化电极（上述各种TiO2及复合纳米材料均可固定于ITO表面），3.全固态ECL电极（电聚合、化学聚合等方法制备鲁米诺/苯胺共聚纳米材料，量子点固定化，实现无试剂检测），为下一步研究提供了良好的技术条件。另一重要进步是通过纳米增强的共振能量转移，大大降低了以鲁米诺为发光试剂的ECL所需的pH要求，这对开展生物相关的ECL研究极为重要。通过项目研究，共申请（授权）专利4项，发表SCI论文（通信联系人、主要作者）18篇，已接受SCI论文2篇，尚有部分最新研究成果正在申请专利和论文撰写、投稿过程中。培养博士和硕士研究生十余名。本项目研究为2013年所获资助的基金项目奠定了良好基础。所存在不足是：由于该项目在时间和经费上的限制，原计划的部分研究目标尚未实施，目前完成的是基础技术部分，实际应用于和生物代谢及健康相关的研究内容将在随后的课题中实施。