基于稀土纳米探针的疾病高灵敏检测技术查看源代码讨论查看历史

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基于稀土纳米探针的疾病高灵敏检测技术技术介绍（包括技术的先进性、核心部件及系统的研发或采购情况说明）目前国内外对各种危重疾病、传染性疾病的检测技术提出了更高要求，期望能够实现高灵敏、快速现场检测，这对医学诊断探针性能要求越来越高。虽然国内体外诊断技术近几年有较快的发展，但现阶段仍然处于起步阶段，相关上游核心原料包括检测探针、荧光微球、活性原料等仍然是由罗氏、Meridian life science、Solulink、Surmodics等几个主要国外巨头垄断，进口依赖性强，国外技术垄断现象还较为突出。因此，我们急需从源头出发，从原材料入手，开发针对各类疾病高性能的荧光标记探针，实现上游核心产品的进口替代反超。

简介

稀土元素具有独特的光物理、光化学性质，使稀土生物医学材料研究成为生物医学领域新一代技术突破的热点。例如，利用稀土探针荧光寿命长、发射峰半峰宽很窄和类Stokes位移大等光学特性，将其应用于医学疾病诊断，可将传统的生物荧光探针诊断的灵敏度提高2-3个数量级，能够大幅提升疾病诊断的精准性。因此，我们急需开发高性能稀土探针，突破基于稀土探针的新一代重大疾病标志物体外检测新技术，自主研发新型稀土免疫荧光即时检测仪，实现各类疾病现场高灵敏快速检测，解决危重疾病、各类传染病现场检测方法中高性能定量荧光标记材料严重依赖进口的卡脖子瓶颈，实现新技术的临床使用和转移转化。项目团队一直致力于稀土生物探针的疾病诊断技术的研发与产业化，着重聚焦在核心探针材料的自主开发。研制稀土探针新冠检测试剂盒获得国家药监局批准注册上市（国械注准 20203400776）。团队自主合成了的稀土荧光探针核心原材料，并基于此开发了一系列的炎症、传染病的快速诊断试剂盒。目前产品已经量产并进入了国内外市场。

具体成果介绍如下

（1）针对新冠病毒，快速研制出了基于稀土探针的新冠病毒抗体高灵敏、快速检测试剂盒。 项目团队利用具有高密度Eu3+离子掺杂、高光效的稀土荧光纳米微球，以新冠病毒S1蛋白作为抗原实现微球表面高效率的抗原偶联标记，开发出了稀土探针新冠病毒IgM/IgG抗体检测试剂盒。通过项目团队成员在稀土探针的合成、方法的开发、性能优化、临床试验以及注册证申报等各项工作中的密切合作、相互配合，最终研制出了新冠病毒IgM/IgG抗体检测试剂盒（稀土纳米荧光免疫层析法）。该试剂盒将具备以下优势： 1）快速灵敏：能够实现10分钟内完成血液样本中新冠病毒COVID-19抗体高灵敏检测； 2）操作便捷：无需样本前处理，可以对全血进行“一步法”检测； 3）安全性高：检测样本为血液中的病毒抗体，避免检测人员直接接触病毒，更加有效的保障医护人员的安全。中国食品药品检定研究院的注册检验结果显示稀土探针试剂盒对新冠病毒抗体国家参考品检测限低至1/128（稀释度），高出标准规定25稀释倍数，为目前中国食品药品检定研究院此项检测中最灵敏的结果。2020年初疫情期间在武汉大学中南医院（雷神山医院）等多家新冠病人定点收治医院临床试验结果显示试剂盒的灵敏度达91.85%，特异性达98.71%。成果达到国际先进水平。 基于稀土探针的新冠病毒IgM/IgG抗体快速检测试剂盒于2020年9月获国家药监局批准注册上市（国械注准20203400776），是目前唯一获批的以“稀土”命名的新冠肺炎检测产品。该稀土探针新冠检测试剂盒亦获得欧盟CE认证进入欧洲医疗机构使用；同时，试剂盒各项性能通过了德国联邦疫苗和生物医学实验室（Paul-Ehrlich-Institut, PEI）权威测试，并被列入德国国家政府采购以及专业医院采购目录名单。相关工作入选了中科院2020年第1季度和第3季度科技创新亮点成果。 不仅如此，自2020年2月份以来，项目团队先后向武汉大学中南医院，湖北省肿瘤医院等多家湖北省新冠肺炎患者定点收治医院捐赠了3万多人份稀土纳米探针新冠病毒IgM/IgG抗体快速检测试剂盒和10台稀土纳米荧光测试仪用于临床科研检测。试剂盒已经实现量产，产能可实现50万人份/天。目前，该试剂盒已经被列入2021年福建省新冠病毒相关检测试剂及医用耗材集中采购目录名单，同时也在广东、新疆、江西、河北等20多个省份挂网销售，并在国内各医疗机构应用。在供应国内市场外，产品也已在德国、俄罗斯、秘鲁、乌克兰、英国、印度尼西亚等多个国家批量销售，产值超过2亿元。 （2）针对高发疾病的诊断，开发了一系列基于稀土纳米探针的即时诊断试剂盒和设备。 高发疾病快速、高灵敏诊断技术的提升对提升全民健康水平，推进健康中国建设具有重要意义。团队一直致力于基于稀土纳米探针的各类高发疾病即时诊断技术和试剂盒的研发。团队目前拥有高性能稀土探针合成以及探针表面高效抗原/抗体偶联核心技术。基于这些技术，项目团队采用稀土荧光免疫层析技术，开发出了心血管疾病、炎症以及肾病等一系列稀土探针即时诊断试剂盒。

具体如下

1）针对各类细菌或病毒性感染、肺部感染等，团队利用稀土纳米探针，研发出了超灵敏全程C反应蛋白即时检测试剂盒，该试剂盒检测灵敏度≤0.5mg/L，可用于血清、血浆以及全血检测，实现5分钟内完成检测。目前，该试剂盒已经取得国家医疗器械注册证（湘械注准20202400451），并已应用于各医院门诊、急诊、检验等科室；针对严重细菌以及脓毒症和多脏器功能衰竭诊断和检测，团队开发出了基于稀土探针的降钙素原高灵敏即时检测试剂盒，该试剂盒检测灵敏度≤0.1mg/L，可用于血清、血浆以及全血检测，实现15分钟内完成检测。目前该试剂盒已经取得了国家医疗器械注册证（湘械注准20202400450），在临床上已经应用于细菌性炎症疾病的鉴别诊断、监控患者感染危险程度等。 2）针对急性心梗早期高灵敏快速检测，项目利用稀土纳米探针，开发出了cTnI高灵敏即时诊断试剂盒，该试剂盒检测灵敏度≤0.1ng/mL，可实现10分钟内完成检测。为了进一步提升急性心梗诊断的准确性以及对心肌损伤的诊断，还开发出了肌酸激酶同工酶检测试剂盒、肌红蛋白检测试剂盒、心肌肌钙蛋白/肌酸激酶同工酶/肌红蛋白联合检测试剂盒以及心脏型脂肪酸结合蛋白检测试剂盒。其中肌酸激酶同工酶的检测灵敏度≤0.1ng/mL，肌红蛋白检测灵敏度≤2.5ng/mL，心脏型脂肪酸结合蛋白检测灵敏度≤2ng/mL，可实现10min内完成检测。目前这一系列检测试剂盒都已获得国家医疗器械注册证（湘械注准20202400413，湘械注准20202400466，湘械注准20202400468，湘械注准20202400805，湘械注准20202400810），并实现量产，已经在赣州市第五人民医院等医院开展使用。 针对早期心力衰竭的诊断以及心衰患者的危险度分级，团队基于稀土纳米探针开发出了N末端脑利钠肽前体高灵敏即时检测试剂盒，试剂盒检测灵敏度≤10pg/mL，可实现15min内完成检测。目前试剂盒已经取得国家医疗器械注册证（湘械注准20202400467）；针对深静脉血栓排除诊断，团队开发出了基于稀土探针的D-二聚体高灵敏即时检测试剂盒，该试剂盒检测灵敏度≤0.1mg/mL，可实现5min内完成检测。目前试剂盒已经取得国家医疗器械注册证（湘械注准20202400449）。试剂盒产品已经在厦门市第五医院等临床机构使用。 3）针对糖尿病、肾功能损伤等各类肾脏疾病的诊断，项目相继开发出了基于稀土纳米探针的糖化血红蛋白、尿微量白蛋白、胱抑素C、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白以及β2-微球蛋白等系列高灵敏即时检测试剂盒。试剂盒各项性能都已经达到或超过国内外同类产品的水平。目前试剂盒取得国家医疗器械注册证书5项（湘械注准20202400412，湘械注准20202400465，湘械注准20202400452，湘械注准20202400803，湘械注准20202400806）。 4）针对骨软化症、骨质疏松等疾病高灵敏诊断，团队开发出了基于稀土纳米探针的25-羟基维生素D高灵敏即时检测试剂盒。该试剂盒检测灵敏度≤3ng/mL，可用于血清、血浆或全血的检测，检测时间小于15min。该试剂盒已经取得国家医疗器械注册证（湘械注准20202400804）。此外，项目团队针对卵巢功能评估、脑损伤程度评估等分别开发出了抗缪勒氏管激素（AMH）测定试剂盒和S100-β蛋白测定试剂盒，并取得了国家医疗器械注册证（湘械注准20202400807，湘械注准20202400811）。 5）为了使项目研发的各类疾病检测试剂盒能够更好的应用，项目还配套研发了稀土荧光免疫分析仪，该仪器采用高效率LED光源替代氙灯作为激发光源，使仪器体积相比使用氙灯的同类产品缩小了三分之一，重量仅1.6kg，实现了检测设备的便携性。仪器精密度≤1%，不稳定性≤1%，优于现有即时检测仪。同时，该仪器操作过程简单，准确率高，可当场出报告。市场竞争优势显著。 目前项目研发的各类疾病即时检测试剂盒及设备已经取得17项国家医疗器械注册证。这些试剂盒产品已经在厦门奥德生物科技有限公司进行了产品转化，相关试剂盒产品已经完成多个省份挂网销售，分别为：吉林、广东、河南、重庆、四川、湖南、浙江、安徽。试剂盒已经在赣州市第五人民医院、厦门市第五医院等各医院进行临床使用。

高性能稀土探针的设计合成及抗原/抗体偶联技术研发

为了开发高灵敏，高特异性的各类疾病检测方法及试剂盒，其中设计合成高性能的荧光标记探针是关键。项目团队首先采用共沉淀法合成稀土掺杂多元配合物：将稀土铕离子掺杂其他镧系金属离子，依次与第一配体噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）、第二配体菲罗啉（Phen）配位、三正辛基氧膦（TOPO）作为协同增强剂，设计合成高发光效率的EuxLn1-x(TTA)3Phen(TOPO)2稀土配合物。惰性稀土离子（如Gd3+、Tb3+、Y3+、La3+等）对铕离子发光具有敏化作用，主要是由于其具有高的激发态能级，配体的三重态能量难以传递给这些离子，而容易传递给Eu3+，从而使Eu3+获得更多的激发能，使荧光强度增加。

为了进一步提升稀土探针发光强度以及光学稳定性，项目团队采用稀土配合物与聚合物单体进行共聚的方式，将大量稀土配合物荧光分子包裹在聚合物微球当中，可控制备稀土荧光信号放大微球。该微球具有高密度的稀土配合物，能够实现稀土荧光信号强度成倍的提升，增加检测灵敏度。该稀土荧光微球具有良好的均一性和单分散性；同时该微球在365 nm激发下，具有很强的荧光信号，同时具有较长的荧光寿命（0.625 ms），可用于开发时间分辨检测技术，进一步提升各类疾病标志物的检测灵敏度。此外项目团队通过高温共沉淀法、热分解法等合成方法合成出了LiLuF4:Yb/Er、CaF2:Yb/Er、GdVO4:Eu、NaGdF4:Eu、NaLuF4:Pr等系列高性能稀土纳米荧光探针，为实现疾病标志物多标记的检测提供了高性能的标记材料。

为了实现高灵敏，高特异性的各类疾病检测方法及试剂盒的开发，不仅需要高性能的荧光标记探针，同时还需要高效的抗原/抗体标记技术。项目采用两步偶联方法进行微球表面抗原或者抗体的标记。首先，在超声下，将聚丙烯酸修饰到荧光微球表面，进行微球表面羧基化，聚丙烯酸的修饰能够进一步提高材料的分散性和稳定性。然后，利用EDC/NHS反应，通过优化反应缓冲液、反应pH、反应温度、反应时间等条件，实现稀土荧光微球表面抗原/抗体的标记。由于抗原或者抗体与微球之间的距离增加，能够有效降低空间位阻效应，提高偶联效率。目前，项目开发的抗原/抗体标记技术，偶联效率可以到90%以上。