耿旭辉研究员、关亚风等研制出高灵敏近红外激光诱导荧光检测器用于甲状旁腺探测

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近日，我所微型分析仪器研究组（105组）耿旭辉研究员、关亚风研究员团队与大连医科大学附属第二医院田晓峰教授、张宁副教授团队，大连海事大学理学院王桂秋教授团队合作，在高灵敏近红外激光诱导荧光检测器（LIF）研制及其在甲状旁腺探测中的应用方面取得新进展。
　　甲状旁腺（PG）主要调控人体钙磷平衡，大小约为3至8mm，术中辨认非常困难。因此，PG在颈部手术中有误切或漏切的风险。目前，术中PG辨识主要依靠外科医生经验结合病理诊断。近年来，研究表明近红外自荧光探测技术可无创、准确地辨识PG，具有较高的特异性和灵敏度。然而，目前临床应用的探测仪因体积较大、自荧光发光机制不明等原因并未得到广泛应用。

　　本工作中，合作团队研制了高灵敏近红外光纤式LIF并应用于PG探测。该团队设计了20°夹角光纤探头，减少了探测“盲区”和反射光的收集，相比于共线式集束探头，灵敏度提高了53.4%，短期波动和长期漂移分别降低了61.1%和58.3%；在发射光路中增设二向色镜模块，基线和噪音分别降低了96.7%和92.1%，信噪比提高约9倍。该LIF对CF790染料的检测下限为5.1×10-14mol/L，比已报道的光纤式LIF低数百倍；将研制的LIF原理样机应用于离体病变的PG样本探测，准确率高于文献报道平均水平。目前，合作团队已研制出手持式PG探测器，未来将应用于术中原位PG探测辨别。本研究对推动光纤式LIF技术的发展和PG探测辨别具有重要意义。
　　耿旭辉、关亚风团队长期从事高灵敏小型LIF及应用研究，采用小型、廉价的激光二极管替代激光器为光源、自主研制的硅基弱光探测器替代进口光电倍增管（PMT）探测荧光，研制出紧凑式共聚焦LIF，对荧光素检测下限为3×10-12M，功耗和开机平衡时间优于进口仪器（Talanta，2018）；用高亮度、长斯托克位移荧光探针标记的抗体进行免疫荧光标记，首次定量分析了单个白血病细胞中的active caspase3蛋白，检测下限为7个分子（91pL检测体积内）（Analytical Chemistry，2019）；设计了球面二向色反光镜，将检测池放置在球心而非常规的反光镜的焦点上，对荧光素钠检测下限为1.5×10-13M或8.9个荧光素钠分子（98 pL检测体积内）（Analytical Chemistry，2020）。
　　研究成果以“A Highly Sensitive Optical Fiber Based Near-infrared Laser Induced Fluorescence Detector (LIF) for Parathyroid Gland Detection”为题，发表在《传感器和执行器B-化学》（Sensors and Actuators B: Chemical）上。该工作的第一作者是我所105组联合培养硕士研究生段逸。以上工作得到了辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才、中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金等项目的资助。(文/段逸 图/王传亮)
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131879


       文章来源：大连化物所
       关亚风，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，所学术委员会委员。中国仪器仪表学会分析仪器分会理事长，样品制备专业委员会主任委员，中国科学技术大学兼职教授和博导，中国色谱学会常务理事。曾任中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室主任，兼微型色谱研究组组长。Journal of Chromatography A、《分析化学》、《环境化学》、《色谱》等杂志编委。1982年毕业于中国科学技术大学近代化学系，1986年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位，导师卢佩章院士。1986-1989年先后在意大利和荷兰完成博士后，1989年晋升副研究员，1993年晋升研究员，同年获国务院政府津贴。曾获国家科技进步二等奖，天津市科技进步一等奖，辽宁省技术发明二等奖，中科院自然科学二等奖，大连市技术发明一等奖，国土资源部科学技术二等奖和中国仪器仪表学会科技创新奖等多个奖项。主要研究方向：微型色谱及仪器、多维色谱联用、色谱检测器、化学传感器、现场分析仪器和工业在线分析方法和仪器，用于海洋、环境、食品等领域。主持国家科技部重大专项、国家自然科学基金、中科院等多项研究项目；已发表SCI论文160多篇，申请中国发明专利90余项，美国专利1项，已授权中国发明专利49项。
      耿旭辉 博士，研究员。长期从事高灵敏小型荧光检测器及应用研究，在Analytical Chemistry 等期刊上发表论文20篇，申请发明专利26项（已授权12项）。主持国家重点研发计划课题、国家重大科学仪器设备开发专项课题、国家自然科学基金面上基金、中科院重点部署项目课题、大连市科技创新基金等项目/课题，作为技术骨干参与中科院A类战略性先导专项子课题。研制出系列我国首套4500米级深海原位荧光传感器，在印度洋和南海海试成功；研制出小型荧光检测模块，在非洲猪瘟病毒检测、新型冠状病毒检测中应用；入选中国科协青年人才托举工程、中国科学院青年创新促进会、辽宁省百千万人才工程“万”层次、大连市青年科技之星；获中国仪器仪表学会青年科技人才奖、大连市技术奖发明一等奖、朱良漪分析仪器创新奖——创新成果奖、中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）一等奖、辽宁省自然科学学术成果奖三等奖、大连化物所冠名奖青年优秀奖；现任中国仪器仪表学会青工委副主任委员、中国仪器仪表学会分析仪器分会关键部件专委员副秘书长、大连市深海探测仪器工程技术研究中心副主任。