重大科學(xué)研究計(jì)劃2011年立項(xiàng)項(xiàng)目70份標(biāo)書(shū)2012cb

1、項(xiàng)目名稱(chēng)：納米界面生物分子作用機(jī)制的基礎(chǔ)研究及其列早期檢測(cè)中的應(yīng)用首席科學(xué)家：中國(guó)應(yīng)用物理研究所起止年限：2012.1 至 2016.8依托部門(mén)：市科委中國(guó)一、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題如下：（1）如何設(shè)計(jì)生物傳感界面并揭示納米界面上生物分子作用機(jī)制生物檢測(cè)的關(guān)鍵步驟之一是在界面上通過(guò)抗體、DNA等識(shí)別分子實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)分子的捕獲。這一過(guò)程中涉及多種分子在納米界面上的協(xié)同作用，在這個(gè)界面生物分子識(shí)別的效率是實(shí)現(xiàn)生物檢測(cè)的基礎(chǔ)。一方面，生物分子在常規(guī)界面上容易產(chǎn)生非特異性吸附，這往往是影響生物傳感器性能的重要和假陽(yáng)性的重要來(lái)源，因此，如何通過(guò)合理設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)筑高特異性和高效

2、生物反應(yīng)的界面并實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別分子的精確組裝是本項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。另一方面，組裝在納米材料界面上的生物分子需要保持其生理活性以充分發(fā)揮其功能（如特異性高效識(shí)別），因此生物分子在納米界面的可控高效率偶聯(lián)也是納米生物檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。將物傳感過(guò)程中的電荷轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移以及電子耦合機(jī)制，通過(guò)自組裝參數(shù)的改變，揭示界面生物分子組裝的機(jī)理及生物傳感檢測(cè)性能之間的關(guān)系并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。而通過(guò)界面親疏水性和電荷密度及其分布的調(diào)控以及導(dǎo)入外力場(chǎng)的作用將有可能實(shí)現(xiàn)防止蛋白質(zhì)非特異性吸附，可以在不同體液介質(zhì)中通用的納米界面。（2）如何實(shí)現(xiàn)生物檢測(cè)中的有效信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大過(guò)程的光、電調(diào)控 生物檢測(cè)的基本原理是

3、將分子識(shí)別的行為（如抗體-抗原的結(jié)合）轉(zhuǎn)化為各種物理或化學(xué)信號(hào)，該信號(hào)可以被傳送到某一檢測(cè)技術(shù)的信號(hào)收集，并通過(guò)各種相應(yīng)的物理化學(xué)過(guò)程將信號(hào)進(jìn)一步放大以提高檢測(cè)靈敏度。由于生物分子對(duì)環(huán)境因子非常敏感，不同分子發(fā)揮其最佳功能所需要的環(huán)境條件是不一樣的，而在信號(hào)級(jí)聯(lián)放大過(guò)程中又需要將若干分子集成在一起，且在相同環(huán)境條件下發(fā)揮作用。因此，如何有效實(shí)現(xiàn)納米生物檢測(cè)中信號(hào)的高效、可靠、可重復(fù)的轉(zhuǎn)換，并將信號(hào)有效地放大是提高生物傳感器的檢測(cè)可靠性、準(zhǔn)確性與靈敏度的關(guān)鍵。針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)與生物分子相容性好的納米材料，并通過(guò)系統(tǒng)研究多種納米材料和納米結(jié)構(gòu)的與修飾方法，實(shí)現(xiàn)納米材料的生長(zhǎng)尺寸和粒徑分布的精確控

4、制，并通過(guò)化學(xué)和物理方法對(duì)其進(jìn)行剪裁、修飾、分散以及表面改性。通過(guò)考慮熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，在實(shí)驗(yàn)中選擇合適的生物分子組合，實(shí)現(xiàn)納米材料與生物分子耦合，形成穩(wěn)定、均一和高效的納米生物探針用于生物檢測(cè)信號(hào)的放大。同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境因子（如，離子強(qiáng)度等）使得不同生物分子發(fā)揮最佳的協(xié)同作用。（3）如何通過(guò)腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)來(lái)提高癌檢測(cè)的特異性 臨床醫(yī)學(xué)研究表明，由于成因和發(fā)生、發(fā)展的復(fù)雜性，通過(guò)單一靶標(biāo)分子的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的確診幾乎是不可能的；同時(shí)，各個(gè)已被發(fā)現(xiàn)的腫瘤分子標(biāo)志物與腫瘤發(fā)生之間的關(guān)聯(lián)性各有不同，目前也缺乏的標(biāo)準(zhǔn)和定論。因此，如何充分發(fā)掘已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的腫瘤相關(guān)的靶標(biāo)分子的潛力，通過(guò)多個(gè)分子水平的多指標(biāo)聯(lián)

5、合檢測(cè)，將得到的大量數(shù)據(jù)建模分析，有望能對(duì)各個(gè)腫瘤標(biāo)志物與特定發(fā)生發(fā)展過(guò)程之間的響應(yīng)性和相關(guān)性進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)將早期檢測(cè)的準(zhǔn)確度，有效降低現(xiàn)有單一檢測(cè)中假陽(yáng)性與假率過(guò)高。 對(duì)于癌，以成PSA檢測(cè)為基礎(chǔ)，通過(guò)蛋白質(zhì)、DNA、RNA和小分子代謝物等四個(gè)分子水平的多環(huán)節(jié)、多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)來(lái)判斷這些標(biāo)志物對(duì)于判斷癌發(fā)生和發(fā)展的響應(yīng)性以及多個(gè)標(biāo)志物之間的相互關(guān)聯(lián)情況。同時(shí)，通過(guò)多指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析建立一套癌早期檢測(cè)的新方法，提高基于PSA篩查的癌準(zhǔn)確性，降低假陽(yáng)性與假概率，既不漏查假，也可最大限度地使假陽(yáng)性患者避免穿刺活檢的痛苦。圍繞以上關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題本項(xiàng)目將進(jìn)行以下研究：1. 界面

6、納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與生物分子作用機(jī)制的基礎(chǔ)研究系統(tǒng)研究蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子在納米粒子界面上（納米探針界面）和界面納米結(jié)構(gòu)上（傳感界面）進(jìn)行組裝的過(guò)程中的物理化學(xué)特性，深入了解生物分子界面組裝和識(shí)別過(guò)程及其機(jī)制，從而為提高生物檢測(cè)的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度等主要性能指標(biāo)提供指導(dǎo)。1.1 納米探針界面與傳感界面納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與一系列高質(zhì)量的功能納米材料，并實(shí)現(xiàn)其可控生長(zhǎng)和粒徑可調(diào)；在金、碳或硅基底表面構(gòu)筑精細(xì)納米結(jié)構(gòu)，并建立一套簡(jiǎn)便、重復(fù)性好的界面納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的工藝流程。通過(guò)表面修飾與改性，賦予這些納米界面良好的水溶性、化學(xué)穩(wěn)定性與生物相容性。1.2 納米界面上生物分子的理化機(jī)制研究從空間

7、、能量、時(shí)間三個(gè)方面來(lái)對(duì)生物分子在納米界面上的時(shí)空行為和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨、表征，并進(jìn)一步通過(guò)對(duì)特定分子功能團(tuán)進(jìn)行選擇性剪裁和修飾，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米界面上生物分子的結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控。通過(guò)利用光、電、磁外場(chǎng)的影響，研究該納米生物體系中的結(jié)構(gòu)變化、電子電荷輸運(yùn)、光電轉(zhuǎn)換的問(wèn)題以及相關(guān)的原理。 通過(guò)對(duì)生物分子在納米界面上的固定化（組裝）過(guò)程、分子識(shí)別過(guò)程、穩(wěn)定性和可再生性的系統(tǒng)研究，形成對(duì)生物傳感界面的完整認(rèn)識(shí)并探索出一套系統(tǒng)、可行的組裝方法，并獲得納米界面上的擴(kuò)散、對(duì)流和生物反應(yīng)的基本圖景。1.3 多元、協(xié)同納米界面的構(gòu)筑在深入理解界面生物分子作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過(guò)化學(xué)鍵合或分子自組裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別分

8、子（如抗體、DNA、核酸適配體等）在納米探針界面上的偶聯(lián)，以設(shè)計(jì)具有選擇性識(shí)別特定分子靶標(biāo)的能力的納米生物探針。 通過(guò)精確控制多種生物分子在其表面不同區(qū)域的組裝，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑一個(gè)在局域空間內(nèi)可協(xié)同發(fā)揮多功能的多元、協(xié)同納米界面。在這一界面上，通過(guò)親疏水性和電荷密度的調(diào)控防止雜質(zhì)吸附和背景干擾，以實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)分子的高特異性捕獲與識(shí)別；通過(guò)納米材料的光電效應(yīng)將生物識(shí)別過(guò)程有效轉(zhuǎn)換成光或電信號(hào)，并納米結(jié)構(gòu)表面的級(jí)聯(lián)放大實(shí)現(xiàn)信號(hào)倍增以提高檢測(cè)靈敏度。2. 基于多元、協(xié)同界面的電化學(xué)納米生物傳感器研究設(shè)計(jì)并具有多元、協(xié)同傳感界面的電化學(xué)電極，提高電化學(xué)傳感器的靈敏度與特異性，發(fā)展手持式的便攜、靈敏、快速、廉價(jià)

9、的電化學(xué)納米生物傳感裝臵，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSA的快速靈敏檢測(cè)，用以滿足癌大規(guī)模低成本篩查及癌術(shù)后的預(yù)后評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)的要求。2.1設(shè)計(jì)電化學(xué)電極的多元協(xié)同傳感界面，PSA抗原響應(yīng)性電極利用生物識(shí)別原理，綜合運(yùn)用各種技術(shù)如自組裝、原位沉積、物理、化學(xué)修飾及電化學(xué)處理等傳感界面固定化方法，在電極和電極陣列界面上構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)，將特異性捕獲探針（對(duì)PSA特異性識(shí)別的抗體或抗體片段）組裝在具生物相容性的納米界面上，對(duì)PSA抗原有特異性響應(yīng)的生物敏感膜修飾電極。研究多元協(xié)同納米界面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，通過(guò)測(cè)定探針?lè)肿拥呢?fù)載量、空間取向與識(shí)別量的關(guān)系等來(lái)標(biāo)定界面特性及修飾效果。納米結(jié)構(gòu)有助于使捕獲探針保持高效的配體識(shí)別

10、性能，并提高其穩(wěn)定性。2.2研制基于電化學(xué)傳感技術(shù)的PSA檢測(cè)利用生物識(shí)別原理和光、電、磁等對(duì)界面行為的影響，發(fā)展基于能量轉(zhuǎn)移的新原理和信號(hào)傳導(dǎo)與放大的新方法，實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別信號(hào)的放大以增加信噪比，提度。采用微電子光刻和化學(xué)鍍等技術(shù)，設(shè)計(jì)與各種類(lèi)型的陣列式傳感基片，并設(shè)計(jì)相應(yīng)配套的微流體通道及檢測(cè)裝臵，提供集成式的陣列微流體傳感分析系統(tǒng)。研制能夠自動(dòng)過(guò)濾干擾物質(zhì)的樣品檢測(cè)傳感探頭與傳感器的信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析模塊，構(gòu)建針對(duì)PSA標(biāo)志物的集成化和程序化的微電化學(xué)傳感檢測(cè)。 2.3電化學(xué)納米生物傳感器的綜合評(píng)價(jià) 通過(guò)調(diào)試以及樣品測(cè)試條件的選擇使電化學(xué)納米生物傳感器的綜合性能指標(biāo)誤差控制在合理范圍以內(nèi)。

11、將該傳感器初步應(yīng)用于及唾液、尿液和液等其它體液樣本中的PSA檢測(cè)，通過(guò)對(duì)靈敏度、特異性、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、相關(guān)性等生物檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)的分析，綜合評(píng)價(jià)所構(gòu)建的多通道便攜式電化學(xué)生物傳感在多種復(fù)雜生物體系中的功能，驗(yàn)證其在實(shí)際生物體系探測(cè)中的實(shí)用價(jià)值。3基于多元、協(xié)同界面的癌標(biāo)志物的納米生物檢測(cè)方法研究建立基于時(shí)間分辨熒光和共軛高分子探針的檢測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展針對(duì)PSA及其它新型蛋白靶標(biāo)、水平的甲基化靶標(biāo)、microRNA靶標(biāo)和小分子代謝物靶標(biāo)等四個(gè)水平的多種指標(biāo)的生物分析方法，為利用多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)來(lái)有效降低PSA篩查中的假陽(yáng)性率提供技術(shù)。3.1 建立基于時(shí)間分辨熒光檢測(cè)的蛋白質(zhì)和小分子檢測(cè)系統(tǒng)建立及優(yōu)化基

12、于時(shí)間分辨熒光技術(shù)的檢測(cè)。通過(guò)多元協(xié)同界面納米提高抗體探針在界面的識(shí)別捕獲效率，并利用課題一設(shè)計(jì)的稀土（Eu)納米信號(hào)探針激發(fā)產(chǎn)生高強(qiáng)度的時(shí)間分辨熒光，從而顯著提高靶標(biāo)的檢測(cè)靈敏度。3.2 建立基于核酸擴(kuò)增和水溶性共軛聚合物信號(hào)放大的核酸檢測(cè)系統(tǒng)利用水溶性共軛聚合物納米探針的高效熒光信號(hào)放大作用，將核酸擴(kuò)增、熒光能量轉(zhuǎn)移（FRET）相結(jié)合，檢測(cè)癌相關(guān)的DNA甲基化和中microRNA靶標(biāo)含量。通過(guò)對(duì)癌發(fā)生及早期發(fā)展過(guò)程中變化分析，研究多個(gè)與癌的累積疊加效應(yīng)，發(fā)展具有高特異性、度的癌早期技術(shù)。 3.3 新型癌納米檢測(cè)技術(shù)的性能評(píng)價(jià)對(duì)課題中建立的多種癌檢測(cè)方法進(jìn)行性能評(píng)估。主要指標(biāo)包括：準(zhǔn)確度、精

13、密度、線性范圍、最低檢測(cè)限（分析靈敏度）、特異性、高濃度Hook效應(yīng)及樣本稀釋、參考值（范圍）確定和試劑穩(wěn)定性研究等。4癌納米檢測(cè)技術(shù)在篩查與驗(yàn)證中的應(yīng)用研究對(duì)于建立的疾病檢測(cè)方法，必須利用實(shí)際樣本進(jìn)行檢驗(yàn)后才能判斷其臨床價(jià)值。擬建立并完善癌生物樣本庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)，并用于評(píng)價(jià)本項(xiàng)目建立的PSA電化學(xué)傳感器列和治療中的臨床價(jià)值。結(jié)合本項(xiàng)目發(fā)展的基于多元協(xié)同界面的多種癌靶標(biāo)檢測(cè)方法，篩選出針對(duì)癌的“最佳腫瘤標(biāo)志群”，建立多指標(biāo)聯(lián)用模型并進(jìn)行評(píng)價(jià)。癌臨床病例選擇及生物樣本庫(kù)的建立4.1建立包括癌組癌術(shù)后組和良性疾病組（增生等）在內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)，支持提取與信息共享。各組病例要求不小于300例，具備完整臨床資料

14、和隨訪情況。提取相關(guān)的外周血樣本、液與組織，建立相關(guān)的生物樣本庫(kù)。4.2 電化學(xué)納米生物傳感器的臨床前研究對(duì)發(fā)展的基于PSA靶標(biāo)的電化學(xué)生物傳感器進(jìn)行臨床價(jià)值評(píng)估，評(píng)價(jià)其列早期發(fā)現(xiàn)和篩查、鑒別與分期、預(yù)后判斷、療效監(jiān)測(cè)和復(fù)發(fā)等應(yīng)用中的實(shí)際價(jià)值。重點(diǎn)評(píng)估PSA電化學(xué)生物傳感器的檢測(cè)時(shí)間、方便程度，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)。4.3 多指標(biāo)聯(lián)用模型的構(gòu)建及評(píng)估利用建立的癌生物樣本庫(kù)，使用基于多元協(xié)同界面的納米生物檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)相關(guān)靶標(biāo)分子進(jìn)行檢測(cè)。將得到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，研究這些不同靶標(biāo)分子對(duì)于判斷癌發(fā)生和發(fā)展的響應(yīng)性以及多個(gè)靶標(biāo)分子之間的相互關(guān)聯(lián)情況。應(yīng)用粗糙集歸類(lèi)、遺傳算法、遞歸特征消除等算法，選擇影

15、響癌的主要特征。同時(shí)結(jié)合支持向量機(jī)、隨機(jī)森林、網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及一致性模型，建立多指標(biāo)聯(lián)用的癌模型，根據(jù)建立的模型對(duì)癌進(jìn)行以及對(duì)可能出現(xiàn)癌的幾率做出評(píng)估。重點(diǎn)多指標(biāo)聯(lián)用的癌模型的特異性指標(biāo)，是否有效降低了假陽(yáng)性。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)：基于新興的納米技術(shù)和生物技術(shù)，以癌為研究對(duì)象，發(fā)展針對(duì)癌各種靶標(biāo)的生物傳感新技術(shù)和新方法?？傮w而言，本項(xiàng)目擬在深入研究納米尺度界面上生物分子吸附、組裝和折疊的基本物理化學(xué)原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)多元、協(xié)同納米界面的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑提高生物檢測(cè)方法的能力、靈敏度以及特異性，從而大幅度提高我國(guó)納米生物檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新能力和應(yīng)用水平。具體而言，期望研制“器件化”的便攜、靈敏、快速

16、、廉價(jià)的電化學(xué)納米生物傳感器件，用以滿足癌大規(guī)模低成本篩查及癌術(shù)后的預(yù)后評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)的要求；發(fā)展針對(duì)多種不同靶標(biāo)的納米生物檢測(cè)系統(tǒng)，并應(yīng)用生物信息學(xué)的方法研癌的響應(yīng)性,建立多指標(biāo)聯(lián)用的準(zhǔn)確性。同時(shí)，建立與完善大規(guī)模的究這些不同靶標(biāo)分子對(duì)于型，從而顯著提高臨床 本與數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)發(fā)展的癌模癌生物樣癌早期檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行臨床驗(yàn)證。期望通過(guò)本項(xiàng)目的研究，能夠列的早期檢測(cè)及預(yù)后方面發(fā)揮作用，為在我國(guó)建立前列的普查機(jī)制、癌早期診治能力貢獻(xiàn)力量。五年預(yù)期目標(biāo)：以多元、協(xié)同納米界面的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑為，發(fā)展多種針對(duì)不同靶標(biāo)的納米檢測(cè)新技術(shù)和新方法，突破癌早期診治特異性及靈敏度方面的世界性難題，為癌的早期檢測(cè)及預(yù)后提供先進(jìn)

17、。1）通過(guò)深入研究納米尺度界面上生物分子吸附、組裝和折疊過(guò)程，揭示其中的基本物理化學(xué)原理，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑在局域空間內(nèi)可協(xié)同發(fā)揮多功能的多元、協(xié)同納米界面，以顯著提高生物傳感器的能力、靈敏度以及特異性。2）設(shè)計(jì)并具有多元、協(xié)同傳感界面的電化學(xué)電極，發(fā)展具有知識(shí)的、針對(duì)PSA和fPSA靶標(biāo)的便攜式電化學(xué)納米傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSA/fPSA的簡(jiǎn)便、快速、廉價(jià)檢測(cè)?？赏瑫r(shí)實(shí)現(xiàn) 16或96通道篩查，檢測(cè)限優(yōu)于平，檢測(cè)時(shí)間在1小時(shí)內(nèi)完成。(ng)水3）發(fā)展針對(duì)蛋白靶標(biāo)、水平的甲基化靶標(biāo)、microRNA靶標(biāo)和小分子代謝物靶標(biāo)等多個(gè)水平、多種指標(biāo)的納米生物檢測(cè)方法。對(duì)蛋白、DNA和RNA靶(pg)水平；小分子優(yōu)于

18、微克(g)水平。癌樣本庫(kù)，對(duì)研制的便攜式電化學(xué)納米傳感器進(jìn)行臨床前評(píng)標(biāo)的檢測(cè)限優(yōu)于4）建立估，病例數(shù)不低于300例。結(jié)合發(fā)展的面向多種靶標(biāo)的納米檢測(cè)方法與臨床病例，使用生物信息學(xué)方法研究這些靶標(biāo)分子對(duì)于癌的響應(yīng)性，建立癌多指標(biāo)聯(lián)用模型，并進(jìn)行評(píng)估。5）在納米與醫(yī)學(xué)的交叉領(lǐng)域做出一批國(guó)際先進(jìn)水平的SCI成果，100篇以上，其中50篇以上在各相關(guān)領(lǐng)域的上；申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利10-15項(xiàng)，專(zhuān)利1-2項(xiàng)。三、研究方案1）學(xué)術(shù)思路 以多元、協(xié)同納米界面的構(gòu)筑為，發(fā)展針對(duì)不同靶標(biāo)的納米生物檢測(cè)方法，并研制兩套具有不同特征與功能的納米器件（廉價(jià)的電化學(xué)生物傳感器；高特異性的多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)系統(tǒng)），致力于癌的早期

19、檢測(cè)水平。具體而言：一個(gè)目標(biāo)：癌的早期檢測(cè)水平；兩個(gè)器件：快速、便攜、廉價(jià)的電化學(xué)生物傳感器；、高特異性的多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)系統(tǒng)；多種方法：針對(duì)PSA篩查電化學(xué)檢測(cè)；針對(duì)多種蛋白靶標(biāo)的時(shí)間分辨熒光檢測(cè)，針對(duì)DNA甲基化與microRNA 的共軛聚合物熒光檢測(cè)方法和針對(duì)小分子代謝物靶標(biāo)的核酸適配體熒光檢測(cè)；基礎(chǔ)：多元、協(xié)同納米界面的構(gòu)筑組裝和識(shí)別過(guò)程的清晰圖景，并建立其與生物傳感性能之間的聯(lián)系。1.1納米探針界面與傳感界面納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與擬通過(guò)條件的控制以得到一系列尺寸可控、水溶性及單分散性好的納米材料，并優(yōu)化材料的各種物理化學(xué)性能。其中碳納米管將直接使用商業(yè)產(chǎn)品，其它材料的方法如下：1）采用水相超

20、聲輔助的途徑，得到尺寸控制更為準(zhǔn)確單一、發(fā)射峰且波長(zhǎng)可調(diào)、并具備更強(qiáng)發(fā)光效率的II-IV族量子點(diǎn)納米材料；2）通過(guò)氯金酸水相還原和晶種誘導(dǎo)生長(zhǎng)的方備各種直徑的金納米粒子和不同長(zhǎng)徑比的金納米棒，并具備從可見(jiàn)光到近紅外光（520-900 nm）的等離子體吸收性能；3）采用二甲基硅烷水解備Eu摻雜二氧化硅納米顆粒，或通過(guò)溶劑熱方備含Eu的稀土氧化物/氟化物納米晶（包括Y2O3:Eu、NaYF4:Eu），具備尺寸小、均一性好、且具有高熒光量子產(chǎn)率和長(zhǎng)熒光等特性；4）設(shè)計(jì)不同親/疏水性質(zhì)的共軛聚合物嵌段，通過(guò)尺寸形貌調(diào)控獲得高發(fā)光強(qiáng)度、長(zhǎng)發(fā)光的共軛聚合物納米材料（納米粒子和納米棒）。在金、碳或硅基底表面

21、通過(guò)化學(xué)刻蝕、納米材料嫁接或電化學(xué)原位可控生長(zhǎng)等方面構(gòu)筑精細(xì)納米結(jié)構(gòu)，主要包括納米粒子輔助的硝酸或化物刻蝕技術(shù)來(lái)有序的納米線陣列或圖案；通過(guò)將化學(xué)的納米金材料通過(guò)沉積或化學(xué)鍵合等方法固定在基底上形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)；通過(guò)電位精確控制金屬在基底上的還原和可控生長(zhǎng)，獲得尺寸均一、晶面可控納米粒子或具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的納米花等。并通過(guò)工藝控制建立一套簡(jiǎn)便而又重復(fù)好的界面納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑流程。對(duì)材料的表面有針對(duì)性地通過(guò)親水基團(tuán)的引入或兩親高分子（如PEG修飾的磷脂）包覆進(jìn)行修飾和改性，以增強(qiáng)其水溶性和在生理溶液如、尿液等中的穩(wěn)定性（無(wú)團(tuán)聚沉淀）。同時(shí)，為了減少檢測(cè)的背景和噪聲，盡可能降低納米材料表面對(duì)生物分子和其他

22、界面的非特異性吸附。1.2 納米界面上生物分子理化機(jī)制研究系統(tǒng)物分子在溶液態(tài)的和連接在納米界面后的熱力學(xué)以及構(gòu)象變化，并且對(duì)兩者物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較。擬利用同步輻射（小角散射SAXS、近邊吸收譜NEXAFS等）、多種穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)光譜、電化學(xué)、原子力顯微鏡、表面表征技術(shù)（如橢圓偏振、石英晶體微天平、表面等離子體分析儀）等一系列先進(jìn)分析技術(shù)系統(tǒng)來(lái)物分子在納米界面的物理化學(xué)過(guò)程。如應(yīng)用石英晶體微天平（QCM）和表面等離子（SPR）來(lái)測(cè)量生物分子在界面的結(jié)構(gòu)變化；通過(guò)光譜和電化學(xué)方法檢測(cè)生物分子的表面密度；通過(guò)時(shí)間分辨熒光及電化學(xué)方法來(lái)研究生物分子在界面折疊的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；通過(guò)NEXAFS研究界面生物分子

23、的取向；通過(guò)SAXS研究納米界面的生物分子構(gòu)象等。 通過(guò)上述研究，系統(tǒng)研究特定修飾的界面對(duì)生物分子折疊能的影響，以及這些作用怎樣通過(guò)改變界面環(huán)境（組裝密度、表面電荷等）來(lái)調(diào)節(jié)；通過(guò)測(cè)量生物分子在界面的構(gòu)象變化，增強(qiáng)對(duì)探針和界面組裝如何影響其動(dòng)力學(xué)過(guò)程的理解；探索界面誘導(dǎo)效應(yīng)，揭示相關(guān)的熱力學(xué)原理以深入了解生物分子在界面的構(gòu)象變化，并基于構(gòu)象信息在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上來(lái)提高生物分子識(shí)別能力；研究在光、電、磁等外場(chǎng)影響下，納米界面上生物分子的構(gòu)象變化以及如何調(diào)控電子電荷輸運(yùn)及光電轉(zhuǎn)換等。1.3 多元、協(xié)同納米界面的構(gòu)筑 通過(guò)系統(tǒng)研究界面納米結(jié)構(gòu)與生物分子之間的相互作用，了解生物分子在不同界面上的構(gòu)型及

24、排列情況，以及在界面上的吸附、凝聚與擴(kuò)散等特性，利用對(duì)界面納米結(jié)構(gòu)修飾的化學(xué)基團(tuán)、間隔基的長(zhǎng)度、間隔基及（如寡聚乙二醇等）來(lái)精確控制多種生物分子在其表面不同區(qū)域的組裝，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑一個(gè)在局域空間內(nèi)可協(xié)同發(fā)揮多功能的多元、協(xié)同納米界面。通過(guò)研究界面上的電荷轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移以及電子耦合機(jī)制，并通過(guò)自組裝參數(shù)的改變，以揭示界面組裝機(jī)制，深入了解多元協(xié)同界面上的功能集成效應(yīng)、功能融合效應(yīng)，功能調(diào)控效應(yīng)等。為了使納米探針具有特異性識(shí)別待檢測(cè)癌靶標(biāo)分子的能力，需要將不同種類(lèi)的納米材料通過(guò)表面特定功能團(tuán)與能識(shí)別癌靶標(biāo)的生物分子進(jìn)行可控的分子鍵偶聯(lián)。根據(jù)待檢測(cè)物的不同，偶聯(lián)的生物分子將包括蛋白和核酸兩大類(lèi)。其中P

25、SA和其他癌相關(guān)蛋白的檢測(cè)主要通過(guò)抗體對(duì)PSA和這些蛋白分子的特異性識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)；microRNA的檢測(cè)主要通過(guò)具有互補(bǔ)序列的核酸鏈的雜交配對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；小分子肌氨酸則通過(guò)核酸適配體對(duì)其的特異性結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)。偶聯(lián)的化學(xué)方法主要利用納米材料表面上功能基團(tuán)如羧基和氨基，在偶聯(lián)試劑作用下與生物分子的氨基、羧基或巰基偶聯(lián)。利用這些偶聯(lián)技術(shù)，構(gòu)建用于針對(duì)癌靶標(biāo)分子檢測(cè)的具有超靈敏度和特異識(shí)別能力的納米生物探針。偶聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中需要保持生物分子的特異性識(shí)別功能；構(gòu)建的探針產(chǎn)物需要進(jìn)行嚴(yán)格純化和分析；得到的納米探針的穩(wěn)定性及其在復(fù)雜生理環(huán)境下的各種物理化學(xué)性能也需要進(jìn)行仔細(xì)的研究。2. 基于多元協(xié)同界面的電化學(xué)納米

26、生物傳感器研究電化學(xué)分析方法的測(cè)試信號(hào)來(lái)源于界面上的電子傳輸或界面電學(xué)特性的瞬變。靈敏度和響應(yīng)速度取決于界面的傳質(zhì)速率和電子交換速率，在特定的基體也就取決于修飾界面的特性；識(shí)別能力、選擇性則取決于電極的功能化程度和可控程度；傳感器的、穩(wěn)定性、測(cè)定范圍、檢測(cè)限以及其它宏觀響應(yīng)的特性既與待測(cè)物質(zhì)的物性有關(guān)，又取決于組裝與修飾界面物質(zhì)的性質(zhì)及其微結(jié)構(gòu)。電化學(xué)生物傳感器將生物探針固定在電極上,并將界面發(fā)生的生物分子識(shí)別反應(yīng)通過(guò)電信號(hào)導(dǎo)出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的識(shí)別。通過(guò)構(gòu)筑納米界面并結(jié)合納米信號(hào)探針的放大技術(shù)，能夠發(fā)展手持式的便攜、靈敏、廉價(jià)的電化學(xué)納米生物傳感裝臵，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSA的快速靈敏檢測(cè)以滿足癌大

27、規(guī)模低成本篩查的要求。2.1設(shè)計(jì)電化學(xué)電極的多元協(xié)同傳感界面，PSA抗原響應(yīng)性電極 采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)表面均一的電極和電極陣列。通過(guò)對(duì)表面納米改性，在電化學(xué)輔助下形成一層納米金均勻修飾的生物相容性界面。通過(guò)巰基-金鍵作用，將生物捕獲探針（對(duì)PSA特異性識(shí)別的抗體或抗體片段）共價(jià)組裝在納米金相容性界面上，對(duì)PSA抗原有特異性響應(yīng)的生物敏感膜修飾電極。通過(guò)納米金修飾可以有效提高表面積，以增加抗體的表面覆蓋度，并通過(guò)納米界面的形成提高擴(kuò)散速度，增加PSA到表面的擴(kuò)散能力，并提高抗原-抗體結(jié)合的能力。應(yīng)用納米組裝技術(shù)構(gòu)建納米生物信號(hào)放大探針。選擇生物識(shí)別探針?lè)肿樱▽?duì)PSA特異性識(shí)別的抗體或抗體片段，與捕

28、獲探針配對(duì)），通過(guò)巰基-金鍵或氨基-羧基的成肽反應(yīng)等共價(jià)連接方式，利用其本身攜帶或衍生的基團(tuán)實(shí)現(xiàn)其與納米粒子表面的偶聯(lián)；設(shè)計(jì)信號(hào)負(fù)載體（DNA寡核苷酸或酶聚合體）修飾方案，同樣，通過(guò)共價(jià)連接方式，使負(fù)載體與納米粒子表面實(shí)現(xiàn)偶聯(lián)。優(yōu)化反應(yīng)物比例、溶劑、溫度、離子強(qiáng)度、值、時(shí)間、催化劑等各項(xiàng)偶聯(lián)條件，控制探針和信號(hào)載體的組裝數(shù)量及三維形態(tài)，使該納米復(fù)合結(jié)構(gòu)中的生物分子保持后續(xù)生物反應(yīng)活性（蛋白質(zhì)探針的配體識(shí)別性能和信號(hào)放大性能）；同時(shí)減少兩種生物探針?lè)肿优c納米粒子之間的非特異性結(jié)合，通過(guò)洗滌、更換溶劑、提高離子強(qiáng)度等方法，優(yōu)化該納米生物復(fù)合結(jié)構(gòu)的后處理?xiàng)l件，提高其穩(wěn)定性和耐受性。2.2 研制基于電

29、化學(xué)傳感技術(shù)的PSA檢測(cè)將上述具有特異性的生物敏感膜修飾電極和納米信號(hào)放大探針通過(guò)區(qū)域模塊裝配的模式設(shè)計(jì)研制用于單樣品檢測(cè)的單通道探頭和多樣品并行檢測(cè)的多通道傳感探頭。在該探頭的前端設(shè)臵樣品前處理模塊（為濾膜或?yàn)V芯等），主要用于對(duì)復(fù)雜生物流體（或血漿）中的高豐度干擾物質(zhì)（如血細(xì)胞和）進(jìn)行過(guò)濾，排除其在生物捕獲敏感區(qū)域的非特異性吸附而造成的，并有利于提高捕獲探針和信號(hào)探針的結(jié)合能力，改善信噪比。探頭區(qū)域的流體動(dòng)力控制通過(guò)微流控結(jié)構(gòu)或微管路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)與檢測(cè)銜接。 通過(guò)生物傳感探頭與電化學(xué)檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析模塊的集成構(gòu)建快速電化學(xué)生物檢測(cè)技術(shù)。調(diào)試傳感單元、控制單元、信號(hào)與放大單元、數(shù)據(jù)處理單元的穩(wěn)定性

30、和協(xié)同性。通過(guò)用戶友好型的界面使單/多通道便攜式電化學(xué)生物傳感器的功能得以呈現(xiàn)。2.3 電化學(xué)納米生物傳感器的綜合評(píng)價(jià)對(duì)于所制作的單/多通道便攜式電化學(xué)生物傳感器，應(yīng)用多種實(shí)驗(yàn)和儀器手段（包括電子學(xué)和化學(xué)分析儀器），進(jìn)行其物化性能指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。優(yōu)化制作條件，使其綜合性能指標(biāo)誤差控制在合理范圍以內(nèi)。然后，將該傳感器初步應(yīng)用于或血漿樣品PSA的檢測(cè)。分析靈敏度、特異性、準(zhǔn)確度、精確度、相關(guān)性等生物檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)，評(píng)價(jià)所構(gòu)建的多通道便攜式電化學(xué)生物傳感在復(fù)雜生物體系中的表現(xiàn)，驗(yàn)證其在超微量生物傳感探測(cè)中的性能。3. 基于多元協(xié)同界面的癌標(biāo)志物的納米生物檢測(cè)方法研究為了進(jìn)一步提高癌早期的特異性，發(fā)展包

31、括多種靶標(biāo)的聯(lián)合檢測(cè)方法是一個(gè)行之有效的途徑。為此，需要建立針對(duì)不同靶標(biāo)的納米檢測(cè)方法。本課題擬基于時(shí)間分辨熒光和共軛高分子探針兩個(gè)發(fā)展PSA和其它新型蛋白靶標(biāo)、水平的甲基化靶標(biāo)、microRNA靶標(biāo)和小分子代謝物靶標(biāo)等多種指標(biāo)的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)，為利用多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)來(lái)有效降低PSA篩查中的假陽(yáng)性率提供技術(shù)。3.1建立基于時(shí)間分辨熒光檢測(cè)的蛋白質(zhì)和小分子檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)間分辨熒光具有靈敏度高，復(fù)雜組分辨識(shí)度好等優(yōu)點(diǎn)，作為一種常規(guī)的檢測(cè)在生物傳感方面發(fā)揮著其優(yōu)勢(shì)，是定量測(cè)定蛋白質(zhì)和小分子的常用方法。而利用具有光物理和光譜特性的稀土材料標(biāo)記靶標(biāo)，可以使樣品不受自然熒光干擾，從而達(dá)到極高的信噪比。因此，通過(guò)納

32、米技術(shù)與以上兩方面技術(shù)的融合進(jìn)一步提高檢測(cè)的靈敏度：1）將抗體或的抗體片斷捕獲探針固定在微孔板上，通過(guò)界面納米設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抗體探針的均一、定向組裝，以提高在界面的識(shí)別捕獲效率。2）利用課題一設(shè)計(jì)的稀土（Eu)納米粒子與二抗構(gòu)建納米信號(hào)探針。每個(gè)探針中含有數(shù)千至數(shù)萬(wàn)個(gè)Eu稀土原子，可以激發(fā)產(chǎn)生比常規(guī)稀土Eu標(biāo)記高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)的時(shí)間分辨熒光，易于信號(hào)的捕捉，從而顯著提高目標(biāo)的檢測(cè)靈敏度。具體體現(xiàn)在：1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證界面納米調(diào)控對(duì)于提高界面反應(yīng)中的效率和降低背景信號(hào)等方面的作用；2）將基于稀土納米粒子的分析結(jié)果與同等情況下的基于Eu標(biāo)記的結(jié)果進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)納米探針在靈敏度、特異性方面的優(yōu)勢(shì)；3）將同步分析

33、多種類(lèi)和多濃度的蛋白和小分子靶標(biāo)（PSA，fPSA，肌氨酸等），建立稀土納米粒子的信號(hào)與靶分子種類(lèi)及濃度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖譜，依此得出多元分析的靈敏度、信噪復(fù)性、穩(wěn)定性和信號(hào)均一性等性能指標(biāo)；4）將含有多種類(lèi)高豐度干擾蛋白的體液樣本進(jìn)行基于上述的多批次分析，評(píng)價(jià)對(duì)生物樣本中低豐度蛋白進(jìn)行分析的靈敏度和特異性狀況；5）檢驗(yàn)其性能并驗(yàn)證復(fù)合探針對(duì)提高低豐度蛋白分析的陽(yáng)性率和抗雜蛋白干擾等方面的優(yōu)越性。3.2建立基于核酸擴(kuò)增和水溶性共軛聚合物信號(hào)放大的核酸檢測(cè)系統(tǒng)共軛聚合物具有強(qiáng)的光捕獲能力，具有倍增光學(xué)響應(yīng)性，可用來(lái)放大熒光傳感信號(hào)?；诠曹椌酆衔锏男滦蜕飩鞲衅髟卺t(yī)療、環(huán)境檢測(cè)以及國(guó)家安全防御等方

34、面具有廣泛的應(yīng)用前景。在本研究中將利用水溶性共軛聚合物探針的高效熒光信號(hào)放大作用，通過(guò)將核酸擴(kuò)增與熒光能量轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)結(jié)合起來(lái)檢測(cè)癌相關(guān)的DNA甲基化和中microRNA靶標(biāo)含量，優(yōu)化檢測(cè)條件，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度。在檢測(cè)原理上這一部分?jǐn)M分為兩種方法，一種為傳統(tǒng)的由共軛聚合物向有機(jī)的熒光能量轉(zhuǎn)移，通過(guò)測(cè)量放大后的穩(wěn)態(tài)熒光傳感信號(hào)進(jìn)行生物分子的檢測(cè)。另法擬將共軛聚合物納米材料探針與稀土納米探針相結(jié)合，通過(guò)能量轉(zhuǎn)移放大稀土納米探針的瞬態(tài)時(shí)間分辨熒光信號(hào)進(jìn)行生化檢測(cè)。這兩種方法中前者通過(guò)穩(wěn)態(tài)熒光的FRET檢測(cè)方法已經(jīng)成熟，可行性好，將直接用作項(xiàng)目中癌相關(guān)分子的檢測(cè)；而后者通過(guò)瞬態(tài)熒光的F

35、RET檢測(cè)技術(shù)有可能進(jìn)一步提高現(xiàn)有檢測(cè)方法的靈敏度，將作為新的技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。利用共軛聚合物熒光探針通過(guò)FRET技術(shù)，結(jié)合單堿基延伸反應(yīng)以及甲基化DNA特異性剪切酶，檢測(cè)DNA甲基化以及堿基突變。具體體現(xiàn)在：1）針對(duì)前列以及正常人群血漿、尿液樣本提取DNA，對(duì)相關(guān)的甲基化程度進(jìn)行系統(tǒng)分析；2）研究癌P504 s、P63、CK34、El2等易感的突變，探索疾病與特定以及多個(gè)聯(lián)合的關(guān)聯(lián)性；3）通過(guò)對(duì)癌發(fā)生及早期發(fā)展過(guò)程中變化分析，研究多個(gè)與癌的累積疊加效應(yīng)，發(fā)展具有高特異性、度的癌早期技術(shù)。 microRNA在血液中通常以極微量形式存在，因而需要擴(kuò)增技術(shù)來(lái)提高其濃度。之前已發(fā)展了滾環(huán)擴(kuò)增（RCA）的

36、技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)核酸納米結(jié)構(gòu)作為引物，可以有效將極微量的microRNA靶標(biāo)從樣品中擴(kuò)增出來(lái)。之后通過(guò)共軛聚合物探針的高效熒光能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)microRNA的熒光檢測(cè)。3.3新型癌納米檢測(cè)技術(shù)的性能評(píng)價(jià) 根據(jù)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局體外試劑相關(guān)規(guī)定，對(duì)發(fā)展的癌生物標(biāo)志納米檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行性能評(píng)估，主要包括：準(zhǔn)確度、精密度、線性范圍、最低檢測(cè)限（分析靈敏度）、特異性、高濃度Hook效應(yīng)及樣本稀釋、參考值（范圍）確定和試劑穩(wěn)定性研究等。癌納米檢測(cè)技術(shù)在篩查與驗(yàn)證中的應(yīng)用研究 整體技術(shù)思路如下4.圖所示：性或惡性疾病、外表正常、無(wú)任何可見(jiàn)疾病癥狀的人。各組病例至少300例，每一組受試者的最小入選人數(shù)

37、均滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的基本要求，所有入選病例均簽知情同意書(shū)，并具備完整臨床資料和隨訪情況。外周血樣本經(jīng)抗凝和離心處理分兩部分分裝，一部分為，另一部分為血細(xì)胞，分別置-20 度保存；液列腺，無(wú)菌試管內(nèi)置-80 度保存；組織經(jīng)穿刺或手術(shù)切除后置無(wú)菌試管內(nèi)，后置-80 度保存?zhèn)溆谩?.2電化學(xué)納米生物傳感器的臨床前研究在樣本庫(kù)中的相關(guān)的良惡性疾病組和正常對(duì)照人群組選取至少各300 例，使用發(fā)展的電化學(xué)納米生物傳感器對(duì) PSA 進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試其臨床靈敏度和特異性，并利用 ROC 曲線確定合適的參考值（范圍）。另外，至少對(duì) 100例特定的癌患者進(jìn)行手術(shù)前后的隨訪監(jiān)測(cè)研究，以該納米生物傳感器列預(yù)后判斷、療效監(jiān)

38、測(cè)和復(fù)發(fā)等應(yīng)用中的價(jià)值。對(duì)臨床試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法，如相關(guān)分析、線性回歸、受試者工作特征（ROC）曲線分析、靈敏度、特異性、準(zhǔn)確度、陰/陽(yáng)性符合率、cut-off值等；對(duì)于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的等效性研究，主要是對(duì)考核試劑和參比試劑兩組檢測(cè)結(jié)果的相關(guān)及線性回歸分析，重點(diǎn)觀察相關(guān)系數(shù)（r值）或判定系數(shù)（R2）、回歸擬合方程（斜率和y軸截距）等指標(biāo)。 同時(shí)對(duì)該電化學(xué)納米生物傳感器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)，主要包括費(fèi)用-最小化分析、費(fèi)用-有效性分析、費(fèi)用-有益性分析和費(fèi)用-有用性分析。4.3 多指標(biāo)聯(lián)用模型的構(gòu)建及評(píng)估利用建立的癌生物樣本庫(kù)，使用基于多元協(xié)同界面的多種納米傳感方法對(duì)相關(guān)靶標(biāo)分子進(jìn)行檢測(cè)。將得到

39、的大量數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計(jì)分析的X矩陣，應(yīng)用遺傳算法、遞歸特征消除等算法從實(shí)驗(yàn)得到的大量指標(biāo)中選擇影響癌的主要特征，研究這些不同靶標(biāo)分子對(duì)于判斷癌發(fā)生和發(fā)展的響應(yīng)性以及多個(gè)靶標(biāo)分子之間的相互關(guān)聯(lián)情況。結(jié)合支持向量機(jī)、隨機(jī)森林、網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及和一致性模型相結(jié)合，建立多指標(biāo)聯(lián)用的癌模型，根據(jù)建立的模型對(duì)癌進(jìn)行以及對(duì)可能出現(xiàn)癌的幾率做出評(píng)估。此外，用多種模型驗(yàn)證方法對(duì)模型的穩(wěn)定性、可靠性以及應(yīng)用域等進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。重點(diǎn)多指標(biāo)聯(lián)用的癌模型的特異性指標(biāo)，是否有效降低了假陽(yáng)性。4.4分子靶標(biāo)檢測(cè)與臨床特征的關(guān)系研究或體液（液）樣本的，蛋白和小分子代謝物靶標(biāo)檢測(cè)具有取樣方便，檢測(cè)方法易定量，流程快速和便于質(zhì)

40、量控制等優(yōu)點(diǎn)，而組織樣本的或蛋白檢測(cè)具有特異性強(qiáng)，敏感性高，定位準(zhǔn)確，形態(tài)和功能相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，比較分子靶標(biāo)在兩類(lèi)樣本中檢測(cè)效能，確定基于或體液分子靶標(biāo)檢測(cè)的有效性；通過(guò)分析分子靶標(biāo)與癌患者臨床特征（，瘤體大小，分期，分級(jí)，ER和PR表達(dá)，有無(wú)淋巴及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，預(yù)后，生存期等）相關(guān)性，確定其臨床實(shí)用性，深度挖掘分子靶標(biāo)列鑒別與分期，預(yù)后判斷，療效監(jiān)測(cè)和復(fù)發(fā)判斷中價(jià)值。3）創(chuàng)新點(diǎn)與特色：（1）在研究對(duì)象上，直面癌早期檢測(cè)這一具有很強(qiáng)針對(duì)性和現(xiàn)實(shí)性。癌是在我國(guó)隨著社會(huì)的到來(lái)正“爆發(fā)”，而多年來(lái)的臨床結(jié)果證明癌研究相對(duì)透徹，可干預(yù)性好，即在早期發(fā)現(xiàn)后的治療有效，率低。本項(xiàng)目特別針對(duì)我國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況，基于電

41、化學(xué)檢測(cè)方法發(fā)展便攜式的快速、廉價(jià)的納米生物傳感器用于癌的早期普查，希望對(duì)的癌能實(shí)現(xiàn)有效的控制和降低致死率。本項(xiàng)目的另一個(gè)重要方面是希望通過(guò)多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)，顯著降低基于PSA篩查的假陽(yáng)性率，減少患者需穿刺活檢的痛苦。（2）在研究思，以納米界面生物分子的作用機(jī)制為突破口。通過(guò)深入研究納米界面上的生物分子的物理化學(xué)過(guò)程，揭示其在擴(kuò)散、對(duì)流和反應(yīng)過(guò)程中的特殊納米效應(yīng)。特別是通過(guò)向生物體學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)多元、協(xié)同的納米界面來(lái)同時(shí)解決生物檢測(cè)中靈敏度和選擇性問(wèn)題；通過(guò)對(duì)生物分子在納米界面上的識(shí)別過(guò)程中的構(gòu)象變化信息的理解來(lái)設(shè)計(jì)全新的生物傳感策略以增強(qiáng)特異性。在此系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，研制出具有通用的，可在不同種類(lèi)的

42、擾背景下檢測(cè)出超低濃度的靶標(biāo)分子的納米生物檢測(cè)方法。（3）在應(yīng)用出口上，重點(diǎn)突出納米生物檢測(cè)新原理和新方法的器件化。通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)展研制出一套具有知識(shí)的電化學(xué)納米生物傳感器件，用于癌的早期篩查；以及一套多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)系統(tǒng)，用于癌的早期高特異性驗(yàn)證。這兩套器件可以聯(lián)合配套使用，即用電化學(xué)納米生物傳感器件進(jìn)行大規(guī)模篩查，發(fā)現(xiàn)的癌疑似病例再用多指標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)查。復(fù)檢陽(yáng)性結(jié)果的才需要進(jìn)行進(jìn)一步的穿刺活檢，從而大幅降低臨床穿刺的假陽(yáng)性。這兩套器件的研發(fā)將有助于癌的防治工作，而且有可能成為一個(gè)通用型的檢測(cè)，應(yīng)用于其它腫瘤或傳染性疾病的檢測(cè)。4) 課題設(shè)置課題1 ： 界面納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與生物分子作用

43、機(jī)制的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)比例： 21%承擔(dān)： 蘇州大學(xué)、中國(guó)高能物理課題：課題2 ： 基于多元、協(xié)同界面的電化學(xué)納米生物傳感器研究經(jīng)費(fèi)比例： 21%承擔(dān)：大學(xué)、交通大學(xué)課題：課題3： 基于多元、協(xié)同界面的癌標(biāo)志物的納米生物檢測(cè)方法研究經(jīng)費(fèi)比例： 30%承擔(dān)： 中國(guó)應(yīng)用物理、中國(guó)化學(xué)課題：課題4：癌納米檢測(cè)技術(shù)的臨床應(yīng)用評(píng)價(jià)研究經(jīng)費(fèi)比例：28%承擔(dān)：交通大學(xué)、大學(xué)課題：四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年一系列高質(zhì)量的功能納米材料，并實(shí)現(xiàn)其可控生長(zhǎng)和粒徑可調(diào)；在金、碳或硅基底表面構(gòu)筑精細(xì)納米結(jié)構(gòu)，并建立一套簡(jiǎn)便、重復(fù)性好的界面納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的工藝流程；運(yùn)用自組裝、原位沉積等傳感界面固定化方備對(duì) PSA 抗

44、原有特異性響應(yīng)的生物敏感膜修飾電極。通過(guò)多元協(xié)同納米界面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在電極和電極陣列界面上構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，保持配體的穩(wěn)定性以及高效的識(shí)別能力；通過(guò)納米技術(shù)與時(shí)間分辨熒光檢測(cè)技術(shù)的融合進(jìn)一步提高檢測(cè)的靈敏度，重點(diǎn)解決抗體在界面上的固定與納米探針的 問(wèn)題；建立癌臨床病例選擇及生物樣本庫(kù)，對(duì)臨床試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法同時(shí)對(duì)該電化學(xué)納米生物傳感器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)。得到一系列高質(zhì)量的功能納米材料并和各種精細(xì)納米結(jié)構(gòu)界面；建立通用的 PSA 特異性傳感界面組裝方法；在納米界面上實(shí)現(xiàn)抗體探針的均一、定向組裝，提高在界面的識(shí)別捕獲效率；構(gòu)建納米信號(hào)探針，每個(gè)探針中含有數(shù)千至數(shù)萬(wàn)個(gè) Eu 稀土原子，可以

45、激發(fā)產(chǎn)生比常規(guī)稀土 Eu 標(biāo)記高 3-4 個(gè)數(shù)量級(jí)的時(shí)間分辨熒光；收集癌組和良性疾病組不少于 100 例，建立和完善前列生物樣本庫(kù)管理系統(tǒng)，建立前列生物樣本庫(kù)質(zhì)量控制體系。在 此 過(guò)程 中研 究15-20 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利 3-5 項(xiàng)。研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第二年對(duì)納米界面進(jìn)行表面修飾與改性，實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別分子在納米探針界面上的偶聯(lián) 可用于 癌腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)的納米生物探針；發(fā)展基于能量轉(zhuǎn)移的新原理和信號(hào)傳導(dǎo)與放大的新方法，實(shí)現(xiàn)生物識(shí)別信號(hào)的放大。設(shè)計(jì)與 各種類(lèi)型的陣列式傳感基片，以及相配套的微流體通道及檢測(cè)裝置，提供集成式的陣列微流體傳感分析系統(tǒng)；將同步分析多種類(lèi)和多濃度的蛋白和小分子靶標(biāo)，建立稀土納米粒子的信號(hào)與靶分子種