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物理学院先进光子技术团队与省肿瘤医院合作在临床痕量离子检测方向取得突破

时间:2021-04-06   来源:物理学院   作者:张扬   

为推进我校医工交叉学科建设,物理学院先进光学及光纤传感器课题组与辽宁省肿瘤医院检测科通过一年多的合作,针对结直肠癌化疗用药的痕量离子代谢临床需求,以超痕量金属离子临床快速检测为目标,先期开展并提出一种可用于临床血清样品重金属铅离子检测的高灵敏、高选择性、低成本、实时在线检测光纤DNA生物传感器。

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金属离子检测最初主要源于破坏生态及严重威胁人体健康的环境污染问题(例如重金属离子铅离子和汞离子等),目前已经成为新兴领域所亟需的关键现代化检测技术之一。在癌症医疗领域,结直肠癌已经跃居全国第二大高发癌症的及女性第二大死亡癌症(2020年国际癌症研究机构IARC最新数据)。第三代癌症广谱抗癌药物奥沙利铂是目前结直肠癌中晚期化疗首选用药,而铂药在水解之后即形成二价金属离子与癌症DNA相互作用实现阻断生长。因此,金属离子检测技术针对临床应用在癌症化疗分析领域具有巨大应用前景及重要价值。

为了先期验证金属离子检测技术,课题组与辽宁省肿瘤医院首先针对常见引起人体血液中毒的金属离子---铅离子进行痕量检测设计及临床样本验证,利用紧凑、高性能的倾斜光纤光栅(TFBG)表面等离子体共振(SPR)传感技术,结合高选择性、高稳定性的生物DNA靶向识别技术,课题组提出了一种新型的DNA剪切酶光纤生物传感器,实现痕量重金属铅离子检测。该近红外光纤生物传感器检测极限(LOD)低至8×10-12M(8 pM),低于其他光纤汞离子检测技术3个数量级,是目前已报道光纤铅离子检测传感器中最低检测极限。同时具备优秀的选择性和大动态检测范围(10-11M~10-6M)。最终在临床人体血清样本中证实了TFBG-SPR-DNAzyme-GNPs铅离子检测的抗干扰性、实用性及良好回收率。

相关研究成果以大连理工大学和辽宁省肿瘤医院为共同合作单位,发表于交叉学科生化传感领域高水平国际期刊Sensors and Actuators: B. Chemical(IF=7.10),第一作者博士研究生王芳,通信作者为大连理工大学物理学院张扬副教授以及彭伟教授,辽宁省肿瘤医院检测科杜云婷医生为共同作者。

通过对铅离子的超痕量检测技术的临床样本验证,证实了DNA靶向分子技术及光纤传感技术结合的独特平台技术优势,该成果为进一步深入与辽宁省肿瘤医院结直肠科合作,面向针对人体无创采样“三液”样本的化疗抗癌铂药药代动力学分析(即痕量铂离子分析),实现“无痛”“精准”医疗,提供了一项先进的潜在临床快检技术方案。以该工作为基础,工作双方已经联合申请了2021年国家自然科学基金项目。

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521003853

编辑:秦博昱
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