基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物超灵敏体外检测

癌症是目前人类的最大杀手,国际抗癌联盟曾发表报告称,全球每年有1200万新发癌症病例,其中三分之一的癌症如能早期诊断是可以治愈的。癌症的出现总伴随着一些特定生物分子的含量改变或者一些新生物分子的产生,这些生物分子存在于患者的血液、唾液、体液、细胞或组织中,部分生物分子可作为肿瘤标志物,对其及早、准确地识别,尤其是提高这类靶标分子的检测极限,对肿瘤的早期诊断、疗效观察以及预后评价具有重要意义。

advs镧系解离增强荧光免疫分析技术(DELFIA)作为目前最灵敏的荧光生物检测方法,在癌症诊断领域获得了广泛应用。但是,商用DELFIA试剂盒由于采用传统分子探针稀土螯合物作标记,存在稀土离子标记比率低、光化学稳定性差和价格昂贵等缺点。与稀土螯合物相比,稀土纳米发光材料具有化学稳定性高、可修饰性好、生物毒性小、成本低等优点,是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。然而,由于稀土离子4fN电子组态间的禁戒跃迁特性,直接利用稀土离子自身的敏化发光强度弱、效率低,无法满足高灵敏检测的需求。

在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部973计划、中科院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下,福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元小组受邀在德国Adv. Sci.杂志发表题为“基于稀土无机纳米荧光探针的肿瘤标志物超灵敏体外检测”的进展报告。该报告系统阐述了稀土无机纳米探针在肿瘤标志物超灵敏体外检测方面的应用进展,重点介绍了该团队近期发展的一种基于稀土无机纳米探针的溶解增强荧光免疫分析技术(DELBA)。该技术沿用商用DELFIA的操作流程,结合了无机稀土纳米探针与有机稀土螯合物各自的优点,以稀土纳米探针替代分子探针稀土螯合物,利用稀土纳米晶高度浓缩的稀土离子提高其标记比率,极大地增强了体系的发光与检测灵敏度。报告从稀土纳米探针的制备出发,对其溶解增强荧光机理与解离动力学进行了细致分析,并对其在肿瘤标志物超灵敏体外检测方面的应用进行了详细介绍。报告论文目前在线发表在Adv. Sci. (2016, DOI: 10.1002/advs.201600197)杂志上,并入选卷首插画。该工作有望推进稀土纳米探针基新型荧光生物标记材料在肿瘤体外检测与诊断的示范应用突破,实现稀土资源的高值利用。

特别地,基于DELBA专利技术(中国发明专利ZL201410118864.3;国际专利PCT/CN2014/085075),近期该团队以稀土氟化物、氟氧化物以及氧化物为探针,分别实现了对人体血清肿瘤标志物如癌胚抗原(CEA)、前列腺特异性抗原(PSA)与甲胎蛋白(AFP)的超灵敏体外检测,检测限分别达到0.1、0.52和60 pg/mL,比商用DELFIA试剂盒提升了2-3个数量级,为迄今报道荧光免疫分析生物检测最优值。进一步地,该团队通过实测肿瘤医院提供的癌症患者和正常人的血清CEA、PSA和AFP水平,以及血清样品抗干扰实验、变异系数、回收率测定等验证了该检测方法的可靠性、特异性和精确度(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12498; Chem. Sci. 2016, 7, 2572; Chem. Sci. 2016, 7, 5013)。