基於稀土納米探針的疾病高靈敏檢測技術檢視原始碼討論檢視歷史

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基於稀土納米探針的疾病高靈敏檢測技術技術介紹（包括技術的先進性、核心部件及系統的研發或採購情況說明）目前國內外對各種危重疾病、傳染性疾病的檢測技術提出了更高要求，期望能夠實現高靈敏、快速現場檢測，這對醫學診斷探針性能要求越來越高。雖然國內體外診斷技術近幾年有較快的發展，但現階段仍然處於起步階段，相關上游核心原料包括檢測探針、熒光微球、活性原料等仍然是由羅氏、Meridian life science、Solulink、Surmodics等幾個主要國外巨頭壟斷，進口依賴性強，國外技術壟斷現象還較為突出。因此，我們急需從源頭出發，從原材料入手，開發針對各類疾病高性能的熒光標記探針，實現上游核心產品的進口替代反超。

簡介

稀土元素具有獨特的光物理、光化學性質，使稀土生物醫學材料研究成為生物醫學領域新一代技術突破的熱點。例如，利用稀土探針熒光壽命長、發射峰半峰寬很窄和類Stokes位移大等光學特性，將其應用於醫學疾病診斷，可將傳統的生物熒光探針診斷的靈敏度提高2-3個數量級，能夠大幅提升疾病診斷的精準性。因此，我們急需開發高性能稀土探針，突破基於稀土探針的新一代重大疾病標誌物體外檢測新技術，自主研發新型稀土免疫熒光即時檢測儀，實現各類疾病現場高靈敏快速檢測，解決危重疾病、各類傳染病現場檢測方法中高性能定量熒光標記材料嚴重依賴進口的卡脖子瓶頸，實現新技術的臨床使用和轉移轉化。項目團隊一直致力於稀土生物探針的疾病診斷技術的研發與產業化，着重聚焦在核心探針材料的自主開發。研製稀土探針新冠檢測試劑盒獲得國家藥監局批准註冊上市（國械注准 20203400776）。團隊自主合成了的稀土熒光探針核心原材料，並基於此開發了一系列的炎症、傳染病的快速診斷試劑盒。目前產品已經量產並進入了國內外市場。

具體成果介紹如下

（1）針對新冠病毒，快速研製出了基於稀土探針的新冠病毒抗體高靈敏、快速檢測試劑盒。 項目團隊利用具有高密度Eu3+離子摻雜、高光效的稀土熒光納米微球，以新冠病毒S1蛋白作為抗原實現微球表面高效率的抗原偶聯標記，開發出了稀土探針新冠病毒IgM/IgG抗體檢測試劑盒。通過項目團隊成員在稀土探針的合成、方法的開發、性能優化、臨床試驗以及註冊證申報等各項工作中的密切合作、相互配合，最終研製出了新冠病毒IgM/IgG抗體檢測試劑盒（稀土納米熒光免疫層析法）。該試劑盒將具備以下優勢： 1）快速靈敏：能夠實現10分鐘內完成血液樣本中新冠病毒COVID-19抗體高靈敏檢測； 2）操作便捷：無需樣本前處理，可以對全血進行「一步法」檢測； 3）安全性高：檢測樣本為血液中的病毒抗體，避免檢測人員直接接觸病毒，更加有效的保障醫護人員的安全。中國食品藥品檢定研究院的註冊檢驗結果顯示稀土探針試劑盒對新冠病毒抗體國家參考品檢測限低至1/128（稀釋度），高出標準規定25稀釋倍數，為目前中國食品藥品檢定研究院此項檢測中最靈敏的結果。2020年初疫情期間在武漢大學中南醫院（雷神山醫院）等多家新冠病人定點收治醫院臨床試驗結果顯示試劑盒的靈敏度達91.85%，特異性達98.71%。成果達到國際先進水平。 基於稀土探針的新冠病毒IgM/IgG抗體快速檢測試劑盒於2020年9月獲國家藥監局批准註冊上市（國械注准20203400776），是目前唯一獲批的以「稀土」命名的新冠肺炎檢測產品。該稀土探針新冠檢測試劑盒亦獲得歐盟CE認證進入歐洲醫療機構使用；同時，試劑盒各項性能通過了德國聯邦疫苗和生物醫學實驗室（Paul-Ehrlich-Institut, PEI）權威測試，並被列入德國國家政府採購以及專業醫院採購目錄名單。相關工作入選了中科院2020年第1季度和第3季度科技創新亮點成果。 不僅如此，自2020年2月份以來，項目團隊先後向武漢大學中南醫院，湖北省腫瘤醫院等多家湖北省新冠肺炎患者定點收治醫院捐贈了3萬多人份稀土納米探針新冠病毒IgM/IgG抗體快速檢測試劑盒和10台稀土納米熒光測試儀用於臨床科研檢測。試劑盒已經實現量產，產能可實現50萬人份/天。目前，該試劑盒已經被列入2021年福建省新冠病毒相關檢測試劑及醫用耗材集中採購目錄名單，同時也在廣東、新疆、江西、河北等20多個省份掛網銷售，並在國內各醫療機構應用。在供應國內市場外，產品也已在德國、俄羅斯、秘魯、烏克蘭、英國、印度尼西亞等多個國家批量銷售，產值超過2億元。 （2）針對高發疾病的診斷，開發了一系列基於稀土納米探針的即時診斷試劑盒和設備。 高發疾病快速、高靈敏診斷技術的提升對提升全民健康水平，推進健康中國建設具有重要意義。團隊一直致力於基於稀土納米探針的各類高發疾病即時診斷技術和試劑盒的研發。團隊目前擁有高性能稀土探針合成以及探針表面高效抗原/抗體偶聯核心技術。基於這些技術，項目團隊採用稀土熒光免疫層析技術，開發出了心血管疾病、炎症以及腎病等一系列稀土探針即時診斷試劑盒。

具體如下

1）針對各類細菌或病毒性感染、肺部感染等，團隊利用稀土納米探針，研發出了超靈敏全程C反應蛋白即時檢測試劑盒，該試劑盒檢測靈敏度≤0.5mg/L，可用於血清、血漿以及全血檢測，實現5分鐘內完成檢測。目前，該試劑盒已經取得國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400451），並已應用於各醫院門診、急診、檢驗等科室；針對嚴重細菌以及膿毒症和多臟器功能衰竭診斷和檢測，團隊開發出了基於稀土探針的降鈣素原高靈敏即時檢測試劑盒，該試劑盒檢測靈敏度≤0.1mg/L，可用於血清、血漿以及全血檢測，實現15分鐘內完成檢測。目前該試劑盒已經取得了國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400450），在臨床上已經應用於細菌性炎症疾病的鑑別診斷、監控患者感染危險程度等。 2）針對急性心梗早期高靈敏快速檢測，項目利用稀土納米探針，開發出了cTnI高靈敏即時診斷試劑盒，該試劑盒檢測靈敏度≤0.1ng/mL，可實現10分鐘內完成檢測。為了進一步提升急性心梗診斷的準確性以及對心肌損傷的診斷，還開發出了肌酸激酶同工酶檢測試劑盒、肌紅蛋白檢測試劑盒、心肌肌鈣蛋白/肌酸激酶同工酶/肌紅蛋白聯合檢測試劑盒以及心臟型脂肪酸結合蛋白檢測試劑盒。其中肌酸激酶同工酶的檢測靈敏度≤0.1ng/mL，肌紅蛋白檢測靈敏度≤2.5ng/mL，心臟型脂肪酸結合蛋白檢測靈敏度≤2ng/mL，可實現10min內完成檢測。目前這一系列檢測試劑盒都已獲得國家醫療器械註冊證（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），並實現量產，已經在贛州市第五人民醫院等醫院開展使用。 針對早期心力衰竭的診斷以及心衰患者的危險度分級，團隊基於稀土納米探針開發出了N末端腦利鈉肽前體高靈敏即時檢測試劑盒，試劑盒檢測靈敏度≤10pg/mL，可實現15min內完成檢測。目前試劑盒已經取得國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400467）；針對深靜脈血栓排除診斷，團隊開發出了基於稀土探針的D-二聚體高靈敏即時檢測試劑盒，該試劑盒檢測靈敏度≤0.1mg/mL，可實現5min內完成檢測。目前試劑盒已經取得國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400449）。試劑盒產品已經在廈門市第五醫院等臨床機構使用。 3）針對糖尿病、腎功能損傷等各類腎臟疾病的診斷，項目相繼開發出了基於稀土納米探針的糖化血紅蛋白、尿微量白蛋白、胱抑素C、中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白以及β2-微球蛋白等系列高靈敏即時檢測試劑盒。試劑盒各項性能都已經達到或超過國內外同類產品的水平。目前試劑盒取得國家醫療器械註冊證書5項（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）針對骨軟化症、骨質疏鬆等疾病高靈敏診斷，團隊開發出了基於稀土納米探針的25-羥基維生素D高靈敏即時檢測試劑盒。該試劑盒檢測靈敏度≤3ng/mL，可用於血清、血漿或全血的檢測，檢測時間小於15min。該試劑盒已經取得國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400804）。此外，項目團隊針對卵巢功能評估、腦損傷程度評估等分別開發出了抗繆勒氏管激素（AMH）測定試劑盒和S100-β蛋白測定試劑盒，並取得了國家醫療器械註冊證（湘械注准20202400807，湘械注准20202400811）。 5）為了使項目研發的各類疾病檢測試劑盒能夠更好的應用，項目還配套研發了稀土熒光免疫分析儀，該儀器採用高效率LED光源替代氙燈作為激發光源，使儀器體積相比使用氙燈的同類產品縮小了三分之一，重量僅1.6kg，實現了檢測設備的便攜性。儀器精密度≤1%，不穩定性≤1%，優於現有即時檢測儀。同時，該儀器操作過程簡單，準確率高，可當場出報告。市場競爭優勢顯著。 目前項目研發的各類疾病即時檢測試劑盒及設備已經取得17項國家醫療器械註冊證。這些試劑盒產品已經在廈門奧德生物科技有限公司進行了產品轉化，相關試劑盒產品已經完成多個省份掛網銷售，分別為：吉林、廣東、河南、重慶、四川、湖南、浙江、安徽。試劑盒已經在贛州市第五人民醫院、廈門市第五醫院等各醫院進行臨床使用。

高性能稀土探針的設計合成及抗原/抗體偶聯技術研發

為了開發高靈敏，高特異性的各類疾病檢測方法及試劑盒，其中設計合成高性能的熒光標記探針是關鍵。項目團隊首先採用共沉澱法合成稀土摻雜多元配合物：將稀土銪離子摻雜其他鑭系金屬離子，依次與第一配體噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）、第二配體菲羅啉（Phen）配位、三正辛基氧膦（TOPO）作為協同增強劑，設計合成高發光效率的EuxLn1-x(TTA)3Phen(TOPO)2稀土配合物。惰性稀土離子（如Gd3+、Tb3+、Y3+、La3+等）對銪離子發光具有敏化作用，主要是由於其具有高的激發態能級，配體的三重態能量難以傳遞給這些離子，而容易傳遞給Eu3+，從而使Eu3+獲得更多的激發能，使熒光強度增加。

為了進一步提升稀土探針發光強度以及光學穩定性，項目團隊採用稀土配合物與聚合物單體進行共聚的方式，將大量稀土配合物熒光分子包裹在聚合物微球當中，可控制備稀土熒光信號放大微球。該微球具有高密度的稀土配合物，能夠實現稀土熒光信號強度成倍的提升，增加檢測靈敏度。該稀土熒光微球具有良好的均一性和單分散性；同時該微球在365 nm激發下，具有很強的熒光信號，同時具有較長的熒光壽命（0.625 ms），可用於開發時間分辨檢測技術，進一步提升各類疾病標誌物的檢測靈敏度。此外項目團隊通過高溫共沉澱法、熱分解法等合成方法合成出了LiLuF4:Yb/Er、CaF2:Yb/Er、GdVO4:Eu、NaGdF4:Eu、NaLuF4:Pr等系列高性能稀土納米熒光探針，為實現疾病標誌物多標記的檢測提供了高性能的標記材料。

為了實現高靈敏，高特異性的各類疾病檢測方法及試劑盒的開發，不僅需要高性能的熒光標記探針，同時還需要高效的抗原/抗體標記技術。項目採用兩步偶聯方法進行微球表面抗原或者抗體的標記。首先，在超聲下，將聚丙烯酸修飾到熒光微球表面，進行微球表面羧基化，聚丙烯酸的修飾能夠進一步提高材料的分散性和穩定性。然後，利用EDC/NHS反應，通過優化反應緩衝液、反應pH、反應溫度、反應時間等條件，實現稀土熒光微球表面抗原/抗體的標記。由於抗原或者抗體與微球之間的距離增加，能夠有效降低空間位阻效應，提高偶聯效率。目前，項目開發的抗原/抗體標記技術，偶聯效率可以到90%以上。