納米金-卟啉-染料復合傳感陣列的肺癌快速無創(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，已然成為威脅人類生命健康的頭號殺手。由于肺癌具有早期無明顯癥狀、發(fā)現(xiàn)晚、療效差、生存期短等特點且其發(fā)病機制目前尚不明確，只有早發(fā)現(xiàn)結(jié)合恰當?shù)闹委煼娇捎行岣呋颊叩闹斡?，可見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)標志物（揮發(fā)性有機化合物，以下簡稱VOCs），因此呼氣檢測可實現(xiàn)肺癌高危人群的無創(chuàng)、快速篩查。
　　由于呼氣中復雜成分存在潛在干擾性，使得VOCs分子識別在本質(zhì)上具有挑戰(zhàn)性。用于VOCs檢測的GC-MS等大型儀器，因操作復雜、價格昂貴等而受到諸多限制。過去十年間，各種導電聚合物或電化學陣列傳感器也相繼被研發(fā)，然而由于它們通常缺乏化學選擇性，難以將類似化合物區(qū)分開。本研究構(gòu)建了納米金-卟啉/染料復合微陣列，用于呼氣中肺

3、癌標志物VOCs及臨床呼氣樣本檢測，這種基于交叉響應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作為檢測對象，主要分為四類——烷烴類化合物：正庚烷、正戊烷、十一烷、異戊二烯；醛酮類化合物：己醛、庚醛、丙酮；醇類化合物：甲醇、正丁醇；苯系物：苯、甲苯、1,2,4-三甲苯、苯乙烯。
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4、傳感陣列構(gòu)建：針對呼氣中存在的痕量VOCs，研究設(shè)計了由13種卟啉類化合物（MTPP）和23種染料（Dyes）組成的6×6傳感陣列用于VOCs檢測。研究特別選擇了三類敏感材料：含金屬離子的響應材料，基于Lewis酸堿反應，可提供電子對或金屬配位點，如四苯基金屬卟啉等；pH指示劑，基于Bronsted-Lowry酸堿理論，可通過質(zhì)子酸度或氫鍵作用產(chǎn)生響應，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，如尼羅紅、分散橙等。由此可見，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“敏感材料-分析物”相互作用。
　　③傳感陣列改進：由于MTPP在有氧條件下易發(fā)生光降解，從而降低檢測穩(wěn)定性，并縮短陣列保存時間，針對此缺陷本研究引入金納米粒子（AuNPs）作為MTPP的光保護劑，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-AuNDs）對M

6、TPP的保護作用，比較發(fā)現(xiàn)AuNSs的保護效果最佳：400nm入射光照射6h，AuNSs（2.5μM）對MTPP（1μM）可提供89％的光保護作用。
　?、躒OCs檢測：采用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）檢測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)庫匹配出正確結(jié)果。采用三種改進的復合微陣列對篩選出VOCs及其混合物進行檢測，檢測結(jié)果顯示AuNSs-MTPP/Dyes復合微陣列檢測效果最佳：對己醛和苯等檢測

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

8、定了實驗基礎(chǔ)。
　　⑤臨床樣本檢測：基于臨床檢查結(jié)果，采用可視化AuNSs-MTPP/Dyes復合微陣列對16例肺癌患者和54例健康者呼出氣體進行檢測，隨機選取其中73%實驗數(shù)據(jù)作為訓練集，建立特征模型，其余27%作為測試集。研究采用指紋譜圖、歐氏距離（ED）、聚類分析（HCA）、主成分析（PCA）及判別分析（DA）方法對測試數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示該方法靈敏度可達80.0%（n=4），特異性可達78.6%（n=4），準確率為78.

9、9%，可見該方法對呼出氣體具有較好的區(qū)分識別能力。
　　本研究引入AuNPs的主要貢獻：1）保護效應，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，優(yōu)越的光學特性使其與MTPP協(xié)同作用，以各種色調(diào)形象化地呈現(xiàn)化學反應程度；3）表面效應，帶電表面和大的比表面積使其具有優(yōu)異的吸附性能；4）光增強效應，光照使其形成表面等離激元，引起表面局域和近場增強，具有光增強效應。AuNPs優(yōu)異