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稀土納米探針熒光免疫分析研究獲進展

鑭系解離增強熒光免疫分析技術(DELFIA)作為目前最靈敏的熒光生物檢測方法,在科學研究和醫療領域已獲得廣泛的商業應用。商用的DELFIA試劑盒采用傳統的分子探針如稀土螯合物作為標記物,存在著稀土離子標記比率低(最高10~30個稀土離子)、光化學穩定性差和價格昂貴等缺點。與稀土螯合物相比,稀土納米發光材料具有化學穩定性高、可修飾性好、潛在生物毒性低等優點,是目前普遍看好的新一代熒光生物標記材料。然而,由于稀土離子4fN電子組態間的禁戒躍遷特性,直接利用稀土離子自身的敏化發光無法達到高靈敏檢測的需求。因此,科學家設想能否結合DELFIA技術,將稀土納米晶作為納米探針替代分子探針稀土螯合物,利用納米晶高度濃縮的稀土離子(每個納米晶含成千上萬個稀土離子)來提高其標記比率,并借助DELFIA增強液將納米晶溶解生成大量強發光的稀土膠束,從而達到提高發光與檢測靈敏度的目的。

     在國家自然科學基金杰出青年科學基金、科技部“973”計劃和重大科學儀器開發項目、中科院戰略性先導科技專項和創新國際團隊項目等支持下,中國科學院福建物質結構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室陳學元研究小組和結構化學國家重點實驗室黃明東研究小組合作,發展了一種基于稀土納米晶溶解增強的熒光免疫分析技術(DELBA)。該技術沿用了商用DELFIA的操作流程,簡單地以稀土納米探針替代分子探針稀土螯合物,利用稀土納米晶高度濃縮的稀土離子提高其標記比率,極大地增強了體系的發光與檢測靈敏度。項目組通過高分辨熒光光譜、元素分析等手段,以~9 nm NaEuF4為納米熒光探針和β-萘甲酰三氟丙酮(β-NTA)為增強劑,揭示了稀土納米晶溶解增強的發光機理,并實現了對人體廣譜腫瘤標志物癌胚抗原(CEA)的高靈敏DELBA檢測,檢測極限達0.1 pg/mL,比商用DELFIA試劑盒降低了近3個數量級,為迄今CEA檢測最優值。進一步地,該團隊利用發展的DELBA技術測試了腫瘤醫院20例血清CEA值,結果與商用DELFIA試劑盒基本一致,并通過測定變異系數、回收率等驗證了該方法的準確度和可靠性。上述工作以通訊形式于8月11日在線發表在《德國應用化學》雜志上(Angew.Chem. Int. Ed. 2014, 53, DOI: 10.1002/anie.201405937),并申請了中國和PCT國際發明專利。

     此前,該團隊在基于稀土納米熒光探針的腫瘤標志物檢測方面已取得系列研究進展。例如,利用LiLuF4:Yb3 ,Er3 上轉換納米熒光探針實現了對疾病標志物人絨毛膜促性腺激素β亞單位(β-hCG)的上轉換熒光(UCL)檢測(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252; Frontispiece);利用超小CaF2: Ce3 /Tb3 納米熒光探針實現對人體腫瘤標志物可溶性尿激酶受體(suPAR)的時間分辨熒光共振能量傳遞(TR-FRET)檢測(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671)。
(來源:福建物質結構研究所)