中国科学院化学研究所活体分析化学实验室王铁

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自组装复合材料用于肺癌标志物的SERS定量检测

癌症是危及人类健康的一类重要疾病，而肺癌发病率及死亡率居癌症首位，且呈现逐年上涨趋势。晚期肺癌治疗后，5年生存率不到13%，而I期肺癌进行手术治疗后，5年生存率达到80%。因此，肺癌的早期排查与治疗对降低肺癌死亡率起着关键作用。而目前诊断手段均不适合肺癌的早期筛选，主要是因为灵敏度不高，检测过程繁琐，对人体损伤较大。因此，更加便利，准确的检测手段有待开发。研究表明癌变组织细胞代谢情况、生理过程的变化导致一些挥发性有机化合物（VOCs）的表达水平与正常人有着较为明显的差异，因此基于人体呼出物体中特征肺癌标志物检测可实现对肺癌进行早期筛选。

中科院化学研究所活体分析化学实验室王铁课题组利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术灵敏度高、特异性强、不受湿度影响等优点，设计开发出一种用于肺癌特征标志物检测的SERS传感器。该传感器核心为自组装技术制备的Gold Superparticles@MOF复合材料。在Gold Superparticles内部，纳米粒子有序排列、均一间距增强等离子体耦合作用，扩大检测信号。气体待测物通过MOF的多孔结构时流动性减弱，从而延长了气体停留时间，呼出物中痕量标志物被有效的吸附及捕获。于此同时，MOF层高介电常数可有效的阻碍等离子波的衰减。因此MOF的存在极大的提高了检测体系的灵敏度，降低了待测物质的检测下限。该体系对特征肺癌标志物检测呈现良好的线性关系，检测下限达到ppb级，这与人体呼出物中特征分子的浓度相当。通过进一步结合主成分分析手段，该传感器可实现对模拟呼出物中特征分子是浓度否达到阈值的甄别，为临床检测打下坚实基础。

该工作通过实验与计算相结合探索了表面增强拉曼散射机制与气体分子吸附机制。相关文章被发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201702275)上，第一作者为中国科学院化学研究所博士研究生乔学志。

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2019年12月22日下午3点，理学之美第227讲在北京科技大学化生楼212顺利召开，本次讲座邀请到了中国科学院化学研究所王铁教授。



王铁教授以“基于纳米自组装的生命流动体系分析检测”为题，介绍了临床医学对用于精准体外诊断的分析新方法、新材料的需求日益迫切，其中纳米材料组装在一起所产生新的构效关系，在提高分析的检测灵敏度、抗干扰能力等方面备受关注。纳米自组装是指纳米颗粒在平衡条件下，通过相互间的范德华力、静电力、电偶极作用、氢键作用、外电场作用，甚至在溶液干燥过程中，自发地结合成热力学稳定、结构确定、性能特殊的聚集体，是纳米粒子实现检测的一个重要研究领域。因此，从新型纳米自组装结构的设计角度出发，深刻认识组装成分-微结构-疾病体外检测功能之间的内在关系等关键基础科学问题，已成为材料学、化学、物理学、生物医学等多学科综合交叉领域前沿课题，并将有力推动和拓展分析化学在医学的体外诊断中的应用基础研究。提出了调控体系的表面自由能和内部自由能，获得不同形貌纳米材料的超粒子组装体的研究思路。并对组装纳米材料的结构与性能的构效关系进行深入研究，发现组装结构不但可以调控生物功能，实现对细胞粘附，干细胞分化的调控；同时促进相邻颗粒间表面电子、等离子体、磁偶极的耦合，并赋予组装体有别于单体的集合效应。通过利用组装体的集合效应，申请人构建一系列组装结构作为表面增强拉曼散射（SERS）基底，实现了肺癌呼出物中肿瘤标志物分子的检测。以上研究为高灵敏、高选择性检测研究提供了材料基础和新思路。

王铁教授，2013年起在中国科学院化学研究所任研究员，博士生导师，中国科学院大学特聘教授，山东烟台市国家经济技术开发区副区长。获国家基金委杰出青年基金、优秀青年基金，中组部万人计划中青年领军，科技部创新领军人才、中科院创新交叉团队负责人、中国科学院化学研究所百人计划等支持，并获得了中国分析测试协会科学技术奖一等奖（第一完成人）。应邀担任《Journal of Analytical & Molecular Techniques》编委、《Rare Metals》编委、《高等学校化学学报》青年编委和《化学进展》青年编委等。发表了一系列科研成果。在Science, Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem., Nat. Commun., Anal. Chem.等核心杂志发表论文共80余篇，他引2600多次