崔華邵元華徐國寶楊笛

（1. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥 2300262；2. 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871；3. 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130022；4. 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟科，南京 210029）

無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)及其在急性心肌梗死快速診斷中的應(yīng)用

崔華1邵元華2徐國寶3楊笛4

（1. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥 2300262；2. 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871；3. 中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130022；4. 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟科，南京 210029）

急性心肌梗死是目前世界上最常見的疾病死亡原因，盡管近10年來我國診療技術(shù)有了明顯提高，在急性心肌梗死的診斷和治療等相關(guān)領(lǐng)域，國家投入也逐年加大，但死亡率卻居高不下，其主要原因之一是缺乏即時(shí)診斷的快速檢測技術(shù)［1］。針對(duì)高發(fā)病率和高死亡率急性心肌梗死對(duì)快速、靈敏、低成本體外診斷技術(shù)的迫切需求，項(xiàng)目開展無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)及其在急性心肌梗死快速診斷中的應(yīng)用研究，發(fā)展高敏感性、高特異性的急性心肌梗死快速診斷新方法，將急性心肌梗死確診時(shí)間縮短至發(fā)病3 h以內(nèi)。

體外診斷技術(shù)的發(fā)展對(duì)于重大疾病的早期診斷、個(gè)性化治療和預(yù)后評(píng)估具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)需求?，F(xiàn)行的體外診斷方法主要依賴于基于標(biāo)記技術(shù)的高靈敏化學(xué)發(fā)光分析方法，標(biāo)記過程復(fù)雜、耗時(shí)，難以進(jìn)行快速和現(xiàn)場分析［2，3］。同時(shí)，現(xiàn)有體外診斷技術(shù)基本被國外所壟斷。因此，急需發(fā)展快速、低成本、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析新技術(shù)。無標(biāo)記分析技術(shù)由于無需進(jìn)行復(fù)雜標(biāo)記，避免了多步孵育及洗滌，從而實(shí)現(xiàn)快速檢測；無需引入第二段分析探針如二抗，從而使分析目標(biāo)物的數(shù)量和種類大大擴(kuò)展。由于極大簡化了制備和操作過程，無標(biāo)記分析方法具有簡便、快捷、低成本等優(yōu)點(diǎn)，非常適合開發(fā)快速、靈敏、低成本體外診斷技術(shù)，是體外診斷技術(shù)新的發(fā)展趨勢［4，5］。化學(xué)發(fā)光分析法（包括電化學(xué)發(fā)光）無需外部光源和分光系統(tǒng)，儀器簡單、靈敏度高、線性范圍寬、分析速度快，已成為體外分析的主要手段。納米材料大的比表面積和表面活性非常適合高密度化學(xué)發(fā)光分子的固載以及合成化學(xué)發(fā)光功能化納米材料；納米材料易于與生物分子和其它納米材料組裝，結(jié)合精確組裝，可構(gòu)建優(yōu)良的分析界面；一些納米材料能促進(jìn)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中間活性自由基的形成和電子轉(zhuǎn)移，對(duì)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)具有很強(qiáng)的催化作用，可大大提高化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，從而達(dá)到更高的檢測靈敏度；納米界面上分子傳質(zhì)快于傳統(tǒng)宏觀界面，可以實(shí)現(xiàn)快速分子識(shí)別事件［6，7］。納米材料的上述特性與無標(biāo)記化學(xué)發(fā)光分析方法所針對(duì)的快速檢測過程完美匹配。因此，開展無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)及其在急性心肌梗死快速診斷中的應(yīng)用研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。該方法基于識(shí)別分子與目標(biāo)分析物結(jié)合后引起分析界面的化學(xué)發(fā)光信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)分析物濃度測定。設(shè)計(jì)與構(gòu)筑集識(shí)別、響應(yīng)、放大功能于一體的納米化學(xué)發(fā)光分析界面是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題：（1）納米材料與化學(xué)發(fā)光分子相互作用規(guī)律、能量與電荷轉(zhuǎn)移規(guī)律及化學(xué)發(fā)光特性研究；（2）分析界面的納米精度組裝及納米界面上光、電化學(xué)性質(zhì)的分子調(diào)控與疾病標(biāo)志物特異識(shí)別。

1 研究內(nèi)容和方法

圍繞以上兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，我們組建了一支在化學(xué)發(fā)光功能化納米材料的合成、界面組裝、納米生物分析、急性心肌梗死臨床研究、體外診斷、儀器與試劑盒研制等領(lǐng)域具有交叉學(xué)科背景的研究團(tuán)隊(duì)，由崔華教授（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人）、邵元華教授（北京大學(xué)）、徐國寶研究員（中科院長春應(yīng)化所）和楊笛研究員（南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院）共同組成。項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容包括：（1）化學(xué)發(fā)光功能化納米材料的合成和化學(xué)發(fā)光特性的研究。探索新的合成方法，利用高效的化學(xué)發(fā)光試劑和性能優(yōu)良的催化劑，合成化學(xué)發(fā)光功能化的金屬、碳、金屬-碳、磁性納米材料，對(duì)其形貌、尺寸、化學(xué)組成等進(jìn)行表征，研究其化學(xué)發(fā)光特性及機(jī)理。（2）急性心肌梗死主要蛋白質(zhì)標(biāo)志物的抗體和適配體的研制和優(yōu)化。將針對(duì)急性心肌梗死蛋白質(zhì)標(biāo)志物，研制和優(yōu)化單克隆抗體，篩選適配體。（3）分析界面的組裝和無標(biāo)記化學(xué)發(fā)光分析新方法的研究。針對(duì)急性心肌梗死相關(guān)的蛋白質(zhì)（cTnI、和肽素、H-FABP等）、miRNA（miR-499、miR-133a等）標(biāo)志物，利用合成的化學(xué)發(fā)光功能化納米材料與獲得的單克隆抗體或適配體，構(gòu)建集識(shí)別、響應(yīng)、放大3種功能于一體的納米化學(xué)發(fā)光分析界面，發(fā)展無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光分析新方法。（4）無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光原理性檢測器件的研制。針對(duì)單一急性心肌梗死標(biāo)志物，開發(fā)快速、靈敏、低成本智能手機(jī)檢測器件和便攜式（電）化學(xué)發(fā)光檢測器件；針對(duì)急性心肌梗死多重標(biāo)志物，建立同時(shí)測定多組分的陣列、芯片檢測技術(shù)；開發(fā)臨床檢測試劑與試劑盒。（5）無標(biāo)記化學(xué)發(fā)光納米分析新技術(shù)在急性心肌梗死快速診斷中的應(yīng)用研究。建立臨床急性心肌梗死血標(biāo)本庫，利用陣列、芯片檢測技術(shù)，同時(shí)測定臨床樣品中多種急性心肌梗死標(biāo)志物，建立急性心肌梗死快速診斷多重標(biāo)志物聯(lián)合檢測模型，評(píng)價(jià)其敏感性、特異性及在急性心肌梗死快速診斷應(yīng)用中的價(jià)值。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)

本項(xiàng)目具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）項(xiàng)目基于研究團(tuán)隊(duì)率先提出的在納米合成過程中直接將發(fā)光試劑、發(fā)光試劑/催化劑組裝在納米材料表面這一新的思路，制備新型高效化學(xué)發(fā)光功能化納米材料。對(duì)納米材料與化學(xué)發(fā)光分子相互作用規(guī)律、能量與電荷轉(zhuǎn)移規(guī)律及化學(xué)發(fā)光特性進(jìn)行研究，將進(jìn)一步豐富人們對(duì)于納米材料獨(dú)特性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)先進(jìn)功能化納米材料的研究。（2）項(xiàng)目提出了納米分析界面構(gòu)筑的新策略。將生物分子如DNA 和蛋白質(zhì)等的程序化自組裝和納米材料的可控生物修飾從溶液引入到異相界面，構(gòu)筑兼具分子識(shí)別、響應(yīng)與信號(hào)放大功能的高質(zhì)量納米化學(xué)發(fā)光分析界面，相比于傳統(tǒng)分析界面具有更好的可控性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。上述工作對(duì)界面組裝的基礎(chǔ)理論研究具有重要的意義。（3）項(xiàng)目提出了基于化學(xué)發(fā)光功能化納米分析界面的無標(biāo)記分析新方法。針對(duì)急性心肌梗死標(biāo)志物，可望開發(fā)出我國具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、快速、靈敏、特異、低成本的無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出原理性檢測器件及臨床檢測試劑與試劑盒。（4）將先進(jìn)的檢測和加工技術(shù)引入了體外診斷技術(shù)。最近，智能手機(jī)檢測、3D打印技術(shù)、芯片技術(shù)、微納加工技術(shù)發(fā)展迅速。本項(xiàng)目率先將這些技術(shù)引入無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)中，將有效地降低成本，使檢測器件小型化，為開發(fā)便攜式體外診斷裝置奠定了重要的基礎(chǔ)。（5）項(xiàng)目提出了急性心肌梗死快速診斷的多重標(biāo)志物聯(lián)合檢測的研究思路，將彌補(bǔ)目前單一標(biāo)志物診斷急性心肌梗死特異性與敏感性不能兼顧的缺陷，可有效提高急性心肌梗死診斷的準(zhǔn)確性。

3 預(yù)期成果及展望

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，解決提出的科學(xué)問題，將豐富人們對(duì)功能化納米材料特殊的化學(xué)發(fā)光、界面等物理化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，可獲得多種在體外診斷中具有重要應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值的化學(xué)發(fā)光功能化納米材料，建立無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)，在納米生物分析與醫(yī)學(xué)交叉領(lǐng)域獲得一批具有重要國際影響的研究成果，為自主創(chuàng)新國家戰(zhàn)略的實(shí)施積累原始創(chuàng)新方案。進(jìn)一步，將開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無標(biāo)記體外診斷新技術(shù)用于急性心肌梗死快速診斷，將提升我國急性心肌梗死的快速診斷水平，為未來開發(fā)相關(guān)的臨床分析產(chǎn)品提供重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光方法及其在體外診斷中的應(yīng)用研究在國際上剛剛起步，本項(xiàng)目率先在國際上開展無標(biāo)記納米化學(xué)發(fā)光新一代體外診斷技術(shù)的研究，對(duì)國家體外診斷新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義?？赏麕?dòng)高水平研究基地的建設(shè)，為國家培養(yǎng)一批具有專業(yè)精神和團(tuán)隊(duì)合作能力的，能解決具體問題的優(yōu)秀人才。

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（責(zé)任編輯 馬鑫）