納米金-卟啉-染料復(fù)合傳感陣列的肺癌快速無(wú)創(chuàng)篩查方法研究.pdf

1、肺癌（Lung Cancer）是病發(fā)于支氣管黏膜上皮的一種常見(jiàn)癌癥。肺癌的發(fā)病率及致死率逐年上升，已然成為威脅人類(lèi)生命健康的頭號(hào)殺手。由于肺癌具有早期無(wú)明顯癥狀、發(fā)現(xiàn)晚、療效差、生存期短等特點(diǎn)且其發(fā)病機(jī)制目前尚不明確，只有早發(fā)現(xiàn)結(jié)合恰當(dāng)?shù)闹委煼娇捎行岣呋颊叩闹斡?，可?jiàn)廣泛篩查是挽救眾多肺癌高危人群生命的正確方法和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鑒于常規(guī)肺癌篩查方法具有創(chuàng)傷、耗時(shí)及昂貴等諸多弊端，難以適用于肺癌廣泛篩查。Phillips等人研究表明人體呼氣

2、中存在肺癌相關(guān)標(biāo)志物（揮發(fā)性有機(jī)化合物，以下簡(jiǎn)稱(chēng)VOCs），因此呼氣檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)肺癌高危人群的無(wú)創(chuàng)、快速篩查。
　　由于呼氣中復(fù)雜成分存在潛在干擾性，使得VOCs分子識(shí)別在本質(zhì)上具有挑戰(zhàn)性。用于VOCs檢測(cè)的GC-MS等大型儀器，因操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴等而受到諸多限制。過(guò)去十年間，各種導(dǎo)電聚合物或電化學(xué)陣列傳感器也相繼被研發(fā)，然而由于它們通常缺乏化學(xué)選擇性，難以將類(lèi)似化合物區(qū)分開(kāi)。本研究構(gòu)建了納米金-卟啉/染料復(fù)合微陣列，用于呼氣中肺

3、癌標(biāo)志物VOCs及臨床呼氣樣本檢測(cè)，這種基于交叉響應(yīng)的半選擇性傳感陣列為肺癌高危人群的廣泛篩查提供了思路。主要內(nèi)容如下：
　?、賄OCs明確：綜述研究現(xiàn)狀，以Phillips等人報(bào)道共性較高VOCs為參考依據(jù)，本研究共篩選出13種VOCs作為檢測(cè)對(duì)象，主要分為四類(lèi)——烷烴類(lèi)化合物：正庚烷、正戊烷、十一烷、異戊二烯；醛酮類(lèi)化合物：己醛、庚醛、丙酮；醇類(lèi)化合物：甲醇、正丁醇；苯系物：苯、甲苯、1,2,4-三甲苯、苯乙烯。
　?、?/p>

4、傳感陣列構(gòu)建：針對(duì)呼氣中存在的痕量VOCs，研究設(shè)計(jì)了由13種卟啉類(lèi)化合物（MTPP）和23種染料（Dyes）組成的6×6傳感陣列用于VOCs檢測(cè)。研究特別選擇了三類(lèi)敏感材料：含金屬離子的響應(yīng)材料，基于Lewis酸堿反應(yīng)，可提供電子對(duì)或金屬配位點(diǎn)，如四苯基金屬卟啉等；pH指示劑，基于Bronsted-Lowry酸堿理論，可通過(guò)質(zhì)子酸度或氫鍵作用產(chǎn)生響應(yīng)，如溴酚紅、溴甲酚紫、溴甲酚綠、甲基紅、熒光素等；具有大量永久偶極染料，兩性離子氣致變

5、色染料，可與局部極性分子發(fā)生氣致變色反應(yīng)，如尼羅紅、分散橙等。由此可見(jiàn)，比起那些單靠物理吸附的方法，本文構(gòu)建的可視化傳感陣列具有更強(qiáng)“敏感材料-分析物”相互作用。
　?、蹅鞲嘘嚵懈倪M(jìn)：由于MTPP在有氧條件下易發(fā)生光降解，從而降低檢測(cè)穩(wěn)定性，并縮短陣列保存時(shí)間，針對(duì)此缺陷本研究引入金納米粒子（AuNPs）作為MTPP的光保護(hù)劑，并探索性分析了不同形貌AuNPs（金納米球-AuNSs、金納米棒-AuNRs、金納米盤(pán)-AuNDs）對(duì)M

6、TPP的保護(hù)作用，比較發(fā)現(xiàn)AuNSs的保護(hù)效果最佳：400nm入射光照射6h，AuNSs（2.5μM）對(duì)MTPP（1μM）可提供89％的光保護(hù)作用。
　?、躒OCs檢測(cè)：采用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）檢測(cè)VOCs及其混合物，分析結(jié)果顯示混合物能得到較好分離且VOCs均能與數(shù)據(jù)庫(kù)匹配出正確結(jié)果。采用三種改進(jìn)的復(fù)合微陣列對(duì)篩選出VOCs及其混合物進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示AuNSs-MTPP/Dyes復(fù)合微陣列檢測(cè)效果最佳：對(duì)己醛和苯等檢測(cè)

7、下限可達(dá)50ppb（n=5），檢測(cè)信號(hào)放大約2倍；反應(yīng)平衡時(shí)間縮短一半；同時(shí)陣列芯片的保存時(shí)間可延長(zhǎng)14倍，RSD≦5%，可見(jiàn)AuNSs的引入顯著提高了傳感器的靈敏度、響應(yīng)速度及穩(wěn)定性等。研究還繪制了一系列VOCs特征性指紋圖譜。通過(guò)比較篩選出穩(wěn)定性好、靈敏度高且響應(yīng)更快速的AuNSs-MTPP/Dyes復(fù)合陣列進(jìn)行下一步臨床樣本檢測(cè)。研究采用AuNSs-MTPP/Dyes復(fù)合微陣列對(duì)肺癌呼氣模擬樣本進(jìn)行檢測(cè)，模擬測(cè)試為臨床樣本的檢測(cè)奠

8、定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　?、菖R床樣本檢測(cè)：基于臨床檢查結(jié)果，采用可視化AuNSs-MTPP/Dyes復(fù)合微陣列對(duì)16例肺癌患者和54例健康者呼出氣體進(jìn)行檢測(cè)，隨機(jī)選取其中73%實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，建立特征模型，其余27%作為測(cè)試集。研究采用指紋譜圖、歐氏距離（ED）、聚類(lèi)分析（HCA）、主成分析（PCA）及判別分析（DA）方法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示該方法靈敏度可達(dá)80.0%（n=4），特異性可達(dá)78.6%（n=4），準(zhǔn)確率為78.

9、9%，可見(jiàn)該方法對(duì)呼出氣體具有較好的區(qū)分識(shí)別能力。
　　本研究引入AuNPs的主要貢獻(xiàn)：1）保護(hù)效應(yīng)，吸收入射光防止MTPP受光毒害；結(jié)合在MTPP中心氮原子上，防止光敏劑MTPP發(fā)生降解；2）協(xié)同效應(yīng)，優(yōu)越的光學(xué)特性使其與MTPP協(xié)同作用，以各種色調(diào)形象化地呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)程度；3）表面效應(yīng)，帶電表面和大的比表面積使其具有優(yōu)異的吸附性能；4）光增強(qiáng)效應(yīng)，光照使其形成表面等離激元，引起表面局域和近場(chǎng)增強(qiáng)，具有光增強(qiáng)效應(yīng)。AuNPs優(yōu)異