重大科学研究计划20年立项项目70份标书-202cb

方法以及肺癌早期、筛查和检测的新模式等三个方面的关键科学问题：纳米材料的定向偶联和有序组装机不，不堆积，呈现为功能化生物分子单层，使探针发挥最佳的靶分子性能低丰度生物样本富集及微弱信号检测方肺癌早期、筛查和检测的新模针对没有适合群的肺癌早期检测敏感性和特异性的问题联合检测多危人群患者肺癌、筛查和检测的新模式。功能纳米材料的和表面修功能纳米材料的主要包括荧光量子点材料用于构建多种肺癌标志物的同步检测的纳米器件包括表面等离子体金纳米结构和硅纳米线材的灵敏检测。荧光量子点的和表面修，利用微波辅助水相量子点技术出荧光产率高、光稳定性强、粒径II-VI族量子点。选用适宜的化学或生物材料修饰量子点，使，表面等离子体金纳米结构的和表面修研究不同表面等离子体金纳米结构如金纳米壳、金纳米星等的方2胶体晶膜微球表面金的沉积机理以及金纳米壳层复合结构的体光（R及面增强拉曼光谱S信号的影响。硅纳米线的和表面修量子点与生物分子的偶联和有序组重点发展针对肿瘤早期检测的具有超灵敏度和特异识别能力的“纳米材料-生物分子”纳米生物复合探针；研究这些纳米生物探针同待测分子之间的相互作用及其识别能力。、研究量子点与待检测标志物有特异识别的酶、抗体等生物分子的有序、DNA等多种生物分子的生物分子在表面等离子体金纳米结构上的可控组LSPR和SERSLSPR位移检测抗原--生物大分子等的结合过程及结合容异性吸附对分析的影响；利用基于SERS分子独特的振动能级和相应的拉曼生物分子在硅基纳米界面上的可控组于量子点的纳米生物器件、表面等离子体传感器和硅纳米线传感器。肺癌标志物的选根据前期研究结果，综合文献，针对肺癌选择癌胚抗原(CEA)、细胞角（SCC酶(NSE)、组织多肽抗原(TPA)、细胞维生素A结合蛋白(RBP)，α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)、铁蛋白（FERRI）以及核酸标志物miRNA（现在已在肺癌患者中检测到的）:let-7、miR-29、miR-205,miR-99b、miR-203、miR-202、miR-102和miR-2042prec作为早期肺癌联合检测标志物。微流控分析分离、富集系统的构针对临床检验待测样品（标本）具有干扰成分多、肺癌标志物含量特性。利用微流控和纳米磁珠，研究实现微量肺癌标志物的有效纯化和富集米磁珠的定向富集特性设计微流控的各个功能单元包括样品富集、反应和分离等，同时解决微流控的稳定性和重复性问题，最后可以分离临床基于量子点的多种肺癌标志物联合检测生物器件的构固定有捕获探针的纳米磁珠和固定有信号探针的量子点与待测样品中肺癌标志谱成像原理构建然后通过自主开发的检测解析出荧光量子点标记种类表面等离子体传感选择典型的肺癌标志物作为典型的检测体系物分子等在金纳米结构硅纳米线传感白标志物或核酸标志物）的灵敏检测，可检测单个肺癌标志物分子。回顾性研本项目拟开展的临床验证主要利用1500例以上肺癌（包括Ia-Ib期，肿瘤直径小于3cm）的、组织标本和癌旁标本以及健康对照血样，比较新技术与常规方法对肿瘤标志物检测的吻合度比较新技术的检出率与低剂量螺旋CT常规肿瘤标志物痰脱落细胞检测等方法对早期肺癌的检测敏感度和特mRNAROC曲线分析确定几种标志物联合检测提高肺癌早期的敏感性和特异性建立肿瘤标志物丰度和肿瘤发病进程的判别模型”，前瞻性研3000例肿瘤高危人群进行筛查，分别采用新技术和常规方法，如低剂量螺旋CT、痰细胞学和常规肿瘤标志物检测对受24300050-60建立在临床标本的生物信息学分析方生物器件的检测敏感性和特异性均高于85%最终在肺癌高危人群的早期检测中国家中长期科学和技术发展规划纲要明确：疾病防治要“重心前移，坚新方法①肺癌标志物富集和基质效应消除方②肺癌标志物的快速、联合检测方新技术（成果形式种肺癌标志物联合检测技术：对早期肺癌检测的敏感性和特异性均高于85%，对抗体的检测限达到皮克/毫升(pg/mL)水平，对核酸的检测限达到单碱基差异和皮摩尔(pM)4种以上肿瘤标志物的快速联合检测；②基于表面等离子体金纳米结构的传感器：灵敏度达到单分子水平纳米线传感器：于肺癌高危人群筛查的试剂盒：完成高灵敏度试剂盒的小批量生产，并完成1500例临床标本测试和医学验证，完成产品申报的准备工作。，就具有国际的领物1-2名；培养博士、150人；五年内SCI、EI收录学术200篇以上，领域内顶级期刊上文章20篇1本以上专，通过学科交叉，实现技术突破：在荧光量子点、微流控、表面等离子体（1）（2）（3）（1所示）1（1）（2）（3）（4）肺癌标志物富集微流控针对临床样品干扰成分多、肺癌标志物含量特性，利用微流控和纳根据检测对象的要求，设计微流控分析平台的各个功能单元，包括样品、富料（PDMS、PMMA、SU-8等基于MEMS加工工艺，制造微流控；基于电题，最后用于临床样本中肺癌标志物的富集。的具体结构如图2所示。图 肺癌标志物富集微流控针的量子点与待测样品中肺癌标志物夹心结合之后，利用微流控对磁珠的定子点率高、光稳定性强、粒径分布窄的多种结构II-VI族量子点如CdTe/CdS、CdSe/ZnS异吸附量子点的水溶性量子点的生物相白血病K562细胞为研究对象，不同浓度和不同培育时间下量子点对K562细胞的毒性实②量子点与生物分子偶联和有序组体和在量子点表面的定向偶联或有序组装。例如，未端标记Biotin的DNA先联接在量子点QD表面上，得到QD-DNA-biotin复合物，再与链霉亲和素（Strepavidin）自组装（基于biotin与avidin的特异性结合DNA导的有序组装纳米复合探针QD-DNA-biotin-Strepavidin；或者免疫球蛋白G（IgG）米生物器件的研选择相对较低廉的PDMS材料基于聚合物微加工微流控平台该芯片包括待测样品、富集、混合、反应、分离和检测等功能模块；基于磁珠分计，包括光源和光学元件模块、信号处理模块、微流控台模块、仪器自动控制数据和显示处理模块以及外壳等达到美观实用和集成的要求。另外，根据标志物临床检测要求，开发数据，实现检测谱图的显示和存3所示。3基于表面等离子体金纳米结构的传感①表面等离子体金纳米材料的规模化和表面修利用自组装和胶体还原化学技术规模化出具有合理核-壳比的金纳米壳材料使其产生的等离激元吸收峰的峰波长位置位于近红外光区并适合全血全血体系中肺癌标志物；建立基于LSPR原理的肺癌早期新方法。②用于肺癌早期检测的纳米探针的设计和构，； 完善有序排列厚度可控及大面积均匀的2胶体晶膜的体系满2GNsAuCl-O胶体晶膜微球表面沉积金金纳米壳层复合结构通过控制微球直径金纳米壳层结构的厚度以及表面裂纹等调控R研究S于R吸收峰波长的依赖性满足生物传感检测需要的高质量聚苯乙烯有序多孔金纳米结构基底并研究各种实RSRS苯乙烯有序多孔金纳米结构基底的多孔层表面均匀、高效地固定抗体及配基分R位移检测抗原生物大分子等的结S分子独特的振动能级和相应的拉曼图谱检测和鉴别分子信息比较两种检测途径的分析结果证明RS的互补性等。，； ③基于等离子体金纳米结构传感器的研SiO2胶体微球直径、胶体晶膜厚度、金纳米壳层的厚度以及表面裂LSPRSERS信号最优化，实现稳定、可重复的有SERS基底的规模化制造；在基底多孔层表面形成均匀及高稳定4所示。图 基于金纳米结构的肺癌标志物拉曼光谱传感器示意硅纳米线传感纳米线IC工艺构建自对准的硅纳米线腐蚀掩模版，SIMOXSOI圆TMAH溶液腐蚀表层硅，形成横截面为等腰三角形的三棱柱。最②生物分子在硅纳米线表面的有序组选择生物分子（DNA探针为例亲和常数，统计活性变化情况；比色与电泳法结合鉴定DNA的组装效率。纳米线传感器的研瘤（目前已有的肺癌和组织标本）和健康对照血样（大致相同的人数）microRNA谱，通过ROC曲线分析，确定几种肺癌标志物联合检测提高肺癌早期的敏感性和24个月，评价它们在肿瘤早期检测中的价值。55生物标记物（以核酸为例）度、分期（TNM分期）ROC曲线分析确定几种标志物联合检测提高肺癌早期的敏感性和特异性建立肿瘤标志物丰度和肿瘤发病1年，共招募3000人，入组标准：①吸烟指数在400以上、大于40岁者;②有肺癌和其他史者;③有职业史者（煤烟、油烟、放射线、石棉健康对照者（人数未定，其入组标准为：同高危人群、匹对烟吸烟史、无肿瘤史、无慢性肺部疾病者C（胸部检查RNA检查。其他任何处理取决于就诊医生。在随访24月期间内患者分为分为以下几组（任何症状，检查和治疗取决于就诊医生TNM分期、核酸和图 利用建立的判别模型进行肺癌高危人群筛查流志物群可以在某个标志物上哪些标志物群对特异性的肺癌类型有较高癌高危的筛查和检测。的多学科紧密配合的创新群体微系统与东南大学、邮电大学、复旦大学附属中山医院医学附属肿瘤医院和城市、联合申请单位对项目的科学问题和研究内容进行了长期的调研、分析和讨论除了注重科学前沿性之外密切关注国外发展动态确保项目的学术思3术、表面等离子体传感器和硅纳米线传感器等相关的基础研究，并取得了一在肺癌早期检测的临床研究方。在肺癌早期方面曾先后承担国家自然基金和肺癌早期课题，用改良的二步PCR方法检测痰脱落细胞中K-ras的突变提高敏感性约20％。hTERT86.3%c-mycmRNA表达存在显著相关，能辅助肺癌、判断肺癌预后。与市肿瘤的合作研究检测肺癌甲基化的发生和转录水平的变化，发现人非小细胞肺癌细胞株WT1、RASSF1A、MYDO1、GMGT、RAR启动子CpG岛发生甲基化与非小细胞肺癌显著相关，同时，这些mRNA转录水平有不同程度的降低甚至不转录，对辅助肺癌有积极的作用。为下一步临床验证和示范应用打下坚实基础肿瘤医院拥有肺癌新鲜组织标本2700例肺癌患者标本2500例组织标本和。800在荧光量子点和微流控方，在纳米材料的上，已掌握多种技术，了纳米金、量子点、石墨烯、金属氧化物等多种纳米材料，尤其开发了具有自主知识的微波辅助水相量子点技术，实现量子点的可控生长和量子点尺寸与分布的精确控制了高质量核壳结构量子点相关研究成果在AdvMaterSmallBiomaterials、ChemMaterJMaterChem等杂志上。，通过量子点与生物分子的分子间偶联或自组装，已实现量子点对Avidin、HEK293Tactin，而且量子点的荧光性能和光稳定性均优于荧光技术，已实现在样本中对肿瘤标志物CEA和AFP的高灵敏分析和定量检测其检测限达到250fM，比探针FITC-IgG提高10000倍也比常规ELISA提高近10倍。表明基于量子点的微流控不仅具有超灵敏分析能力，而且在（NanoResearch-2008-v1-p490ACSNano-2010-v4-p488、ChemCommun-2010-v46-p6126）能实现肺癌在临的早期。发展了微量样品富集、核酸扩增及电泳分离检测等功能的集成化微流控芯等重要疾病的获得医疗器械产品（号浙食药监械准字200516病等的快速，目前已经完成临床试验，医疗器械产品正在。表面等离子体传感器方出孔径可调的三维有序大孔（3DOM）聚苯乙烯基底，建立了一种用3DOM3DOM敏感材料的微流体性质和蛋白质分子在多孔层里的结合过程、结合容量、特异性分子识别反应及检测灵敏度等。出能同时耦合金纳米材料不仅再现了GNPs的LSPR峰而且也了模板的衍射峰两个特征峰的可逆叠加呈现出有趣的光学“开关”能力为微环境的改变提供了一个新的三维检测平台。相关工作分别在Chem.Mater.、Langmuir上。，出具有可调光学性质的GNSs，控制GNSs核-壳比可使其LSPR位于光谱GNSs组装到APTES修饰的玻璃基底表面出新型自组装GNSs敏感膜。利用GNSs对周围介质介电常数改变的敏感性，研制出一种适合于全血样品分析的生关工作在Biosens.Bioelectron.上。，项目组于2003年发明了一种基于各向异性湿法腐蚀技术的纳米线加工技Si（111）面的自停止腐蚀和100nm以下的硅纳米线，并2005DNA1fMDNA分子的响应。针对临床样品具有干扰成份多、肺癌标志物丰度特性，基于微流控技术课题设4课题1：功能性纳米材料的和表面修4：用于肺癌早期检测纳米生物器件的医学验证课题1：功能性纳米材料的和表面修缺陷等对结合效率、器件性能等的影响。申请发明专利13项，SCI、EI收录文章60篇，其中领域内顶级期刊文章5篇，培养博士、40名，1的氨基化SiO2胶体晶膜的方法。研究在SiO2胶体晶膜微球表面金的沉积机承担单位：邮电大学、东南大课题：汪联学术骨干：范曲立、董晓臣、课题2：用于肺癌早期检测的纳米探针的设计和构研究目标主要研究内容量子点与生物分子的偶联及识别功研究量子点与具有特异选择或专一识别的酶、抗体、vidin、NA等生有序组装外，主要拟通过量子点的特定功能团与生物分子实现可控的分子键偶联即利用量子点表面上功能基团如羧基和氨基在偶联试剂作用下与生物早期检测的具有超灵敏度和特异识别能力的“量子点-生物分子”纳米生物复合探H生物分子在等离子体金纳米结构上的可控组LSPR和SERSLSPR位移检测抗原--生物大分子等的结合过程及结合容异性吸附对分析的影响；利用基于SERS分子独特的振动能级和相应的拉曼生物分子在硅基纳米界面上的可控组承担单位：东南大学、邮电大学、城市大课题学术骨干：康学军、杨梦甦、赵强、董健课题3：基于纳米探针的肺癌早期检测器件的设计和4pg/mL，核酸灵敏度达pM明专利15项，SCI、EI收录文章40篇，其中领域内顶级期刊文章5篇，培养博士、35名。1）肺癌标志物的选根据前期研究结果，综合文献，针对肺癌选择癌胚抗原(CEA)、细胞角（SCC酶(NSE)、组织多肽抗原(TPA)、细胞维生素A结合蛋白(RBP)，α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)、铁蛋白（FERRI）以及核酸标志物miRNA（现在已在肺癌患者中检测到的）:let-7、miR-29、miR-205,miR-99b、miR-203、miR-202、miR-102和miR-2042prec作为早期肺癌联合检测标志物。评价纳米生物器件对生物样本中肺癌标志物分析的阳性率和等方面的性能。2）肺癌标志物富集微流控针对临床检验待测样品（标本）具有干扰成分多、肺癌标志物含量特性。利用微流控和纳米磁珠，研究实现微量肺癌标志物的有效纯化和富集米磁珠的定向富集特性设计微流控的各个功能单元包括样品富集、反应和分离等，同时解决微流控的稳定性和重复性问题，最后可以分离临床固定有捕获探针的纳米磁珠和固定有信号探针的量子点与待测样品中肺癌标志然后通过自主开发的检测解析出荧光量子点标记种类和待检测肿瘤标志物分子信号强度的对应关系，完成对检测结果的分析。表面等离子体金纳米结构传感硅纳米线传感课题学术骨干：毛红菊、、、冯经费比例课题4：用于肺癌早期检的测纳米生物器件的医学验、 值、阳性值等，评价该系列方法和器件在肺癌早期检测中的临床意义，1500例临床肺癌病例的早期检测、分期及分型试验，完成肺癌早期检测的应用流程制订，用于指导肺癌高危的筛查和检测，为有效降低率提供依据。申请发明专利8项，SCI、EI收录文章40篇，其中领域内顶级期刊文章5篇，培养博士、35名。、COPD组等，提取利用基于荧光量子点生物纳米器件和表面等离子传感器和硅纳米线传临床其他检测方法如放射免疫法、ELISAPCR进行对比分析，建立临床承担单位：医学、复旦大课题学术骨干：白春学、、王群、李经费比例在微波辅助条件下量子点的和厚度的氨基化SiO2胶体晶膜的理和新方法；研究石墨烯的和别的酶、抗体、DNA/RNA序列等识别的各类生物分子的条件；试剂，选择3-5种基团特异性偶联体金纳米结构和硅基纳米界面的微流控的设计和制作；构建基于微流控的可用于血液等生掌握条件对各种不同纳米结DNA/RNA序列等生物分子性、值、阳性值等。8项，SCI、EI收录28篇。SiO2胶体晶层复合结构的方法；纳米的“