陈学元课题组：基于稀土纳米荧光探针实现唾液肿瘤标志物即时检测

youzhouyi

癌症是导致人类死亡的主要原因之一，早期准确且灵敏地检测肿瘤标志物对于降低其死亡率至关重要。人体唾液中含有几十种生物标志物，包括蛋白质、核酸、电解质和激素等，可提供有关口腔和全身健康状况的重要信息，因此唾液检测在癌症早期诊断中显示出巨大的应用潜力。唾液检测的显著优势在于安全无创地收集唾液，减少医护人员和其他患者之间交叉感染，因此特别适用于现场即时检测（POCT）。然而，由于唾液中含有约99.5％的水，其中的肿瘤标志物所表达的浓度远低于人血清中的浓度，实现超灵敏且特异性的唾液肿瘤标志物即时检测仍具有挑战性。

图1、基于稀土纳米探针的荧光增强策略实现唾液肿瘤标志物即时检测示意图

　　针对这一问题，中科院功能纳米结构设计与组装/福建省纳米材料重点实验室陈学元团队在中科院战略性先导科技专项和科技部国家重点研发专项等项目支持下，近期发展了一种适用于即时检测的稀土纳米颗粒溶解增强荧光免疫分析策略，利用单一纳米颗粒含有成千上万个稀土离子来提高待分析物的标记比率。团队将该策略和便携式检测装置进行巧妙整合，实现了对人体唾液中的肿瘤标志物高灵敏快速检测（图1），即利用Eu2O3纳米晶作为生物探针，可以很容易地溶解在酸性增强液中并转化为大量高效发光的Eu3+胶束；使用负载硝酸纤维素膜的一次性注射器作为生物检测平台，简化了操作流程，只需10分钟即能完成整个检测过程。在对癌胚抗原（CEA，癌症临床诊断和预后的重要肿瘤标志物）进行检测时，利用便携式紫外线手电筒照射，肉眼可以区分CEA浓度超过0.1 ng/mL（0.5 pM）时的荧光强度变化，从而可以裸眼定性评估CEA水平。进一步地，通过时间分辨模式定量检测时，检测限可低至1.47 pg/mL（7.35 fM）。此外，团队还证实了定性和定量分析癌症患者唾液样本中CEA浓度的可靠性和准确性（图2），从而验证了所提出的策略对人体唾液中的肿瘤标志物进行临床诊断和家庭自我监测的可行性。相关结果以全文形式发表于《先进科学》杂志（Advanced Science, 2021, 202002657. DOI: 10.1002/advs. 202002657），周山勇工程师和涂大涛研究员为该论文的共同第一作者。

　　图2、(a) 基于Eu2O3纳米荧光探针的唾液CEA浓度测定校准曲线。(b) 分别基于Eu2O3纳米探针和商用Eu3+-DTTA试剂盒测定的20份人唾液样本CEA浓度的相关性曲线。(c) 基于Eu2O3纳米荧光探针测定33名志愿者唾液和血清样本中CEA浓度的相关性曲线。(d) 健康人和口腔癌患者血清和唾液样本中CEA浓度的平均水平对比情况。

　　此前，陈学元团队在用于肿瘤诊疗的稀土纳米荧光探针的设计、合成及应用中已取得系列重要进展。例如，发展了一种基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析技术，实现了对人体血清中肿瘤标志物的高灵敏特异性检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498）；开发了时间分辨稀土纳米探针NaEuF4，首次实现了全血中循环肿瘤细胞的直接检测（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 12195）；设计合成了氧化石墨烯包覆的稀土纳米探针NaYF4:Yb,Er@NaYF4@GO，实现了肿瘤细胞内microRNA可视化成像及肿瘤靶向的无背景近红外二区成像（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18981）。
　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202002657（陈学元课题组供稿）


       文章来源：福建物构所
       陈学元，男，籍贯福建建瓯，研究员，博士生导师。1993年毕业于中国科技大学材料科学与工程系，1998年获中科院福建物质结构研究所物理化学专业理学博士学位。2001-2005年在美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）化学部从事博士后研究。2005年入选中国科学院"百人计划"回国工作。2013年获得国家杰出青年科学基金。入选国务院政府特殊津贴专家（2014），首批福建省科技创新领军人才（2014），科技部中青年科技创新领军人才（2014），国家“万人计划”科技创新领军人才（2016），福建省第五批引进高层次创业创新人才（2017）。近年来致力于发光材料电子结构与性能研究，在无机发光材料控制合成、电子结构、光学性能及应用取得重要进展，已在Nature Photonics, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等刊物发表SCI论文140多篇，被他人引用六千多次，15篇论文入选近十年化学、材料和物理领域ESI高被引频次论文（top 1%）；出版《稀土纳米发光材料：从基础到生物应用》等Springer英文专著2部，专章6篇；申请国内外发明专利34项（授权19项）。系列研究成果分别入选年度 “中国光学重要成果” （2010，2011，2013，2014，2016）和 “中国稀土十大科技新闻”（2011，2014，2015，2016）。