CN107907684A - 一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于前列腺癌早期诊断技术领域，具体涉及一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，以多种前列腺癌生物标记物为检测目标，分别与一定量的不同稀土合成具备不同荧光寿命的纳米材料探针，再制备一次性微流检测芯片，搭建具备多重荧光寿命分辨的光学检测仪器，实现对样品中不同前列腺癌生物标记物浓度的检测。本发明相比现有技术具有以下优点：采用了多种前列腺癌生物标记物作为检测对象，提高了检测方法的特异性；采用了具备不同荧光寿命的纳米材料作为多重检测探针，提高了灵敏度；整个检测系统操作简单、快速，对操作人员要求低，为前列腺癌早期诊断的推广提供了有力帮助。

Description

一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断 系统
技术领域
本发明属于前列腺癌早期诊断技术领域，具体涉及一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统。
背景技术
前列腺癌是男性前列腺部位出现的一种癌症，是全球男性发病率排名第二、死亡率排名第五大癌症，近年来，随着人口老龄化和生活方式的转变，我国前列腺癌发病率正以12.7%的增长率逐年上升，自2008年起已成为中国男性泌尿生殖系统中第一大恶性肿瘤；中国抗癌协会泌尿男性生殖系肿瘤专业委员会数据显示，截至2014年底，中国前列腺癌每年新发病例已达330万人，且以中晚期病例居多。
癌症中心全国肿瘤防治研究办公室的调查数据显示，我国前列腺癌5年生存率只有50%左右，这主要是因为前列腺癌早期无明显症状，自然病程时间长、发展缓慢；若早期诊断治疗，I期患者5年生存率可达到90%以上，但转移性前列腺癌患者5年生存率仅为10%-15%；因此，进行高危人群筛查，做到早诊早治对于提高前列腺癌患者的生存率至关重要。
目前，前列腺癌的早期诊断方法主要是血清标志物前列腺特异性抗原PSA检测，该方法在欧美国家得到广泛应用，在我国也开始逐渐普及使用。然而，前列腺特异性抗原PSA几乎与所有前列腺疾病相关，在临床应用中具有一定局限性，受年龄、前列腺体积、下尿路感染、泌尿系检查操作等影响可能出现假阳性；世界卫生组织（WHO）于1999年发布的PSA校准方法（WHO 96/670）将截断（cut-off）值定为3.1 ng/ml，一般超过10 ng/ml就要考虑罹患前列腺癌的可能，但研究发现，因血清PSA浓度在前列腺增生和前列腺炎中均有升高，前列腺良性疾病与前列腺癌在2-10 ng/ml时有交叉情况，由此存在很高比例的假阴性和假阳性结果。若假阴性出现在2-4 ng/ml，可导致15%癌症漏检；当假阳性在4-10 ng/ml出现时，65%的良性疾病会被错判为癌症。因此前列腺特异性抗原PSA筛查也存在过度诊断和过度治疗的潜在伤害。
然而目前我国获批的前列腺癌检测产品中却只有前列腺特异性抗原PSA筛查这一类产品，缺乏一种更准确的早期诊断方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有检测方法存在操作繁琐、错判率高的问题，提供了一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统。
为解决以上问题，本发明所采用的技术方案为：以多种前列腺癌生物标记物（具体包括前列腺特异性抗原、游离前列腺特异性抗原、磷脂酰肌醇1、前列腺癌抗原3）为检测目标，分别与一定量的不同稀土合成具备不同荧光寿命的纳米材料探针，再制备一次性微流检测芯片，搭建具备多重荧光寿命分辨的光学检测仪器；
将处理后的样品与具备不同荧光寿命的纳米材料探针孵育后，滴入一次性微流检测芯片，反应后用具备多重荧光寿命分辨的光学检测仪器检测样品中不同前列腺癌生物标记物的浓度。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，包括具备多重荧光寿命时间分辨率的光学检测仪的搭建，所述光学检测仪包含一次性微流检测芯片；
还包括具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成，所述纳米材料探针的检测对象为多种前列腺癌生物标记物，所述多种前列腺癌生物标记物选自前列腺特异性抗原、游离前列腺特异性抗原、磷脂酰肌醇1、前列腺癌抗原3。
作为对上述方案的进一步改进，具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成方法包括以下步骤：
（1）使用共沉淀法合成稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料，通过依次改变稀土元素的种类以及各元素的合成比例，得到具有不同荧光寿命的荧光纳米材料；
所述稀土元素包括铒、铥、钬、镨；所述合成比例包括1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%；
（2）将多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体分别修饰到荧光纳米材料上，得到具备不同荧光寿命的纳米材料探针。
作为对上述方案的进一步改进，所述稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料的合成方法为：将稀土元素的甲醇溶液与油酸及十八烯混合，搅拌加热直到溶液澄清，加入氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，搅拌加热一段时间后冷却，清洗后得到稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述一次性微流检测芯片包括由聚甲酯丙烯酸甲酯制作的下底及盖合在下底上的上盖；
所述下底内设有进样池、反应池、样品流动管道，所述反应池底面修饰多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体；所述上盖上方设有进样池口和出样口；封装组合上盖和下底得到一次性微流检测芯片。
作为对上述方案的进一步改进，所述光学检测仪还包括光源、低通滤波片、斩波器、光子传感器、信号分析及控制模块和显示模块。
作为对上述方案的进一步改进，所述光源选用波长为980nmLED灯，低通滤波片选用800nm的低通滤波片。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）采用了多种前列腺癌生物标记物前列腺特异性抗原(PSA)、游离前列腺特异性抗原（fPSA）、磷脂酰肌醇1(GPC1)和前列腺癌抗原3(PCA3)作为检测对象，提高了检测方法的特异性；
（2）采用了具备不同荧光寿命的纳米材料作为多重检测探针，提高了灵敏度；
（3）整个检测系统操作简单、快速，对操作人员要求低，为前列腺癌早期诊断的推广提供了有力帮助。
附图说明
图1是一次性微流检测芯片的结构示意图。
图2是具备具备多重荧光寿命时间分辨的光学检测仪器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，实施例中未注明具体条件的实验方法，通常为本领域常规方法，所用的试剂可以商业购买得到。
一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，包括具备多重荧光寿命时间分辨率的光学检测仪的搭建，所述光学检测仪包含一次性微流检测芯片；
还包括具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成，所述纳米材料探针的检测对象为多种前列腺癌生物标记物，所述多种前列腺癌生物标记物选自前列腺特异性抗原、游离前列腺特异性抗原、磷脂酰肌醇1、前列腺癌抗原3。
其中，具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成方法包括以下步骤：
（1）使用共沉淀法合成稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料，通过依次改变稀土元素的种类以及各元素的合成比例，得到具有不同荧光寿命的荧光纳米材料；所述稀土元素包括铒、铥、钬、镨；所述合成比例包括1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%；
（2）将多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体分别修饰到荧光纳米材料上，得到具备不同荧光寿命的纳米材料探针。
其中，所述稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料的合成方法为：将稀土元素的甲醇溶液与油酸及十八烯混合，搅拌加热直到溶液澄清，加入氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，搅拌加热一段时间后冷却，清洗后得到稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料。
如图1中所示，所述一次性微流检测芯片1包括由聚甲酯丙烯酸甲酯制作的下底3及盖合在下底3上的上盖2；所述下底3内设有进样池4、反应池5、样品流动管道6，所述反应池5底面修饰多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体；所述上盖2上方设有进样池口7和出样口8；封装组合上盖2和下底3得到一次性微流检测芯片1。
如图2中所示，所述光学检测仪包括一次性微流检测芯片1、光源9、低通滤波片10、斩波器11、光子传感器12、信号分析及控制模块13和显示模块14；所述光源9选用波长为980nmLED灯，低通滤波片10选用800nm的低通滤波片。
本发明中，针对前列腺癌检测高特异性的需求，本发明提出了使用多种前列腺癌生物标记物前列腺特异性抗原(PSA)，游离前列腺特异性抗原（fPSA），磷脂酰肌醇1(GPC1),前列腺癌抗原3(PCA3)作为检测对象，较于现存的前列腺癌早期诊断产品只使用前列腺特异性抗原(PSA)以及游离前列腺特异性抗原（fPSA）这一类生物标记物所带来的高假阳性性结果，大大提高了前列腺癌检测的特异性，降低了结果的假阳性。
本发明中，针对前列腺癌检测高灵敏度的需求，本发明提出了多重荧光寿命分辨检测技术，利用稀土元素掺杂的四氟钇纳纳米材料荧光寿命长而且可调控的特性，使用具备不同荧光寿命的生物探针对多种前列腺癌生物标记物进行多重检测，较于目前使用的利用不同荧光颜色进行多重检测的技术，不会产生不同探针之间相互干扰，提高了灵敏度，而且探针种类可以设置更多，对更多不同目标进行同时检测。
本发明中，针对检测对低门槛使用的需求，本发明提出的检测系统利用体积小、功耗低的优势，进行封装、集成，制成小型化、便携的检测设备；并且利用低成本的优势，微流检测芯片可以一次性使用，降低了对使用人员的要求，方便使用。
具体使用时：
取0.5毫升尿液样品，通过离心去除样品中较大的杂质，加入0.5毫升多种前列腺癌生物标记物（前列腺特异性抗原(PSA)，游离前列腺特异性抗原（fPSA），磷脂酰肌醇1(GPC1),前列腺癌抗原3(PCA3)）的具备不同荧光寿命的纳米材料探针混合，37摄氏度孵育半小时后，滴加到一次性微流检测芯片的进样池中，使其流入反应池，37摄氏度反应半小时后，向进样池中滴加缓冲溶液清洗芯片后，将检测芯片放置到具备多重荧光寿命时间分辨的光学检测仪器中进行读取数据，即可得到样品中不同前列腺癌生物标记物（前列腺特异性抗原(PSA)，游离前列腺特异性抗原（fPSA），磷脂酰肌醇1(GPC1),前列腺癌抗原3(PCA3)）的浓度，通过分析即可进行诊断。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，包括具备多重荧光寿命时间分辨率的光学检测仪的搭建，所述光学检测仪包含一次性微流检测芯片；
还包括具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成，所述纳米材料探针的检测对象为多种前列腺癌生物标记物，所述多种前列腺癌生物标记物选自前列腺特异性抗原、游离前列腺特异性抗原、磷脂酰肌醇1、前列腺癌抗原3。
2.如权利要求1所述一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，具备不同荧光寿命的纳米材料探针的合成方法包括以下步骤：
（1）使用共沉淀法合成稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料，通过依次改变稀土元素的种类以及各元素的合成比例，得到具有不同荧光寿命的荧光纳米材料；
所述稀土元素包括铒、铥、钬、镨；所述合成比例包括1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%；
（2）将多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体分别修饰到荧光纳米材料上，得到具备不同荧光寿命的纳米材料探针。
3.如权利要求2所述一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，所述稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料的合成方法为：将稀土元素的甲醇溶液与油酸及十八烯混合，搅拌加热直到溶液澄清，加入氟化铵和氢氧化钠的甲醇溶液，搅拌加热一段时间后冷却，清洗后得到稀土元素掺杂的四氟钇钠纳米材料。
4.如权利要求1所述一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，所述一次性微流检测芯片包括由聚甲酯丙烯酸甲酯制作的下底及盖合在下底上的上盖；
所述下底内设有进样池、反应池、样品流动管道，所述反应池底面修饰多种前列腺癌生物标记物的单克隆抗体；所述上盖上方设有进样池口和出样口；封装组合上盖和下底得到一次性微流检测芯片。
5.如权利要求1所述一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，所述光学检测仪还包括光源、低通滤波片、斩波器、光子传感器、信号分析及控制模块和显示模块。
6.如权利要求5所述一种基于多重荧光寿命分辨检测技术的前列腺癌早期诊断系统，其特征在于，所述光源选用波长为980nmLED灯，低通滤波片选用800nm的低通滤波片。
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