【正文】 。由于癌細胞的數(shù)目反映了當(dāng)前的疾病狀況，因此，該法為前列腺疾病的臨床診斷奠定了基礎(chǔ) [128]。 通常，需要經(jīng)過 PCR擴增技術(shù)才能對病毒進行直接檢查，而且時間長、結(jié)果不可靠。為此，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員將特定病毒的 抗體與外層包裹有糖鏈的氧化鐵磁性納米粒結(jié)合，注射至人體內(nèi)，經(jīng)MRI 檢測病毒。運用這種新技術(shù)，他們在血液樣品中已成功檢測到了單純的皰疹病毒和一種腺病毒。由于該項技術(shù)所需構(gòu)件均為商業(yè)化產(chǎn)品，相信它將很快應(yīng)用于相關(guān)疾病的臨床診斷 [129]。 前景與展望 目前， 超順磁性氧化鐵已成功 用于 臨床醫(yī)學(xué)的磁共振成像， 對腫瘤的診斷具有十分重要的意義。但是， 如何提高超順磁性氧化鐵在惡性腫瘤中累積的高效性和專一性，獲得靶向性釋放的能力，還需要在超順磁性氧化鐵的表面功能化方面進行探索。而普通磁性納米粒的應(yīng)用范圍還將 進一步地拓展。 其它納米粒及其在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 除了上述三種主要的納米診斷試劑外，還有一些其它的納米診斷試劑，如硅納米粒子、聚苯乙烯納米粒子、銀納米粒子以及稀土金屬納米粒子等。下面就簡要介紹這些納米粒在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用。 硅納米粒診斷試劑 用親和素，含硫、氨、羧酸酯等基團的物質(zhì)修飾硅納米粒的表面，再與生物素化的物質(zhì)、寡核苷酸、酶、抗體等連接，可用于生物分子的分析檢測和疾病診斷 [130]。譚蔚弘等以熒光免疫分析法為基礎(chǔ)，建立了硅納米粒檢測 O157:H7型大腸桿菌的新方法，該法 簡單、快速。檢測時，只需將硅納米粒放入食品樣本溶液中，如果樣本里存在大腸桿菌，經(jīng)抗原 抗體特異性的作用，納米粒就會與大腸桿菌結(jié)合。由于納米粒裝有很多熒光染料，通過熒光檢測即可獲得樣本中大腸桿菌的含量。該法在其它細菌的檢測及細菌的同時檢測等方面具有較大的應(yīng)用潛能，并在生化試劑、食品、臨床及環(huán)境樣品的檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景 [131, 132]。目前，對硅納米粒的研究主要集中在生物標(biāo)記 [133]、分子成像 [134]和 DNA的分離與檢測 [135]等方面。雖然這方面的研究尚處于基礎(chǔ)和試驗階段，有關(guān)反應(yīng)機理、探針修飾 及熒光猝滅等諸多問題還有待解決 [130]，但鑒于硅納米粒的光穩(wěn)定性和熒光檢測的超靈敏性，相信硅納米粒會和量子點、納米金、磁性納米粒診斷試劑一樣，成為疾病診斷的有力工具。 聚苯乙烯納米粒診斷試劑 田小東等人 以重氮基聚苯乙烯為載體，首次研制出登革病毒特異性重氮乳凝快速診斷試劑， 該試劑在登革病毒 14型間交叉明顯，對登革病毒以外的其它蟲媒病毒無明顯交叉反應(yīng)，最低檢出抗原量達 15ng/ml 病毒蛋白水平 [136]。曾年華等人應(yīng)用純化的痢疾多價抗體致敏新型免疫載體重氮基聚苯乙烯乳膠，制成痢疾重氮乳凝試 劑，在國內(nèi)首次用于診斷志賀氏菌屬痢疾桿菌 [137]。錢應(yīng)娟等人應(yīng)用新型的聚醛化聚苯乙烯載體微球與最佳的旋毛蟲抗原共價交聯(lián)制備成特異性強、敏感性高、重復(fù)性好的快速診斷試劑，應(yīng)用于豬旋毛蟲病的生前診斷 [138]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)制備出多種新型的聚苯乙烯摻雜納米材料，如：聚苯乙烯 /丙烯酸丁酯 /納米碳酸鈣 [139]、聚苯乙烯 /納米二氧化鈰 [140]、二氧化硅 /聚苯乙烯 [141]、納米 Fe3O4/聚苯乙烯 [142]、納米銀 /聚苯乙烯 [143]，這為開發(fā)新一代診斷試劑奠定了基礎(chǔ)。 銀納米粒診斷試劑 三角形的納米銀粒子具有優(yōu)良的光譜特性 [144, 145]，利用這種粒子對環(huán)境的敏感性可以制備一類新的納米診斷試劑，研究表明，這類診斷試劑具有靈敏度高、選擇性好、成本低等優(yōu)點，在未來的醫(yī)學(xué)診斷中具有潛在的應(yīng)用價值。 Haes等人 [146]研究了不同形狀的納米銀的表面等離子體基元共振光譜，發(fā)現(xiàn)在十六硫醇的誘導(dǎo)下，同樣體積的三角形納米銀比半球形的納米銀具有更大的峰位移，若將這種三角形的納米銀設(shè)計為傳感器用于診斷，將比傳統(tǒng)的傳感器具有更高的靈敏度。 Docherty 等人 [147]研究了生物分子標(biāo)記 的納米銀粒子的表面增強拉曼光譜，并討論了該體系用于生物檢測及診斷的可行性。 稀土金屬納米粒診斷試劑 Yi 等人 [148]合成了摻雜 Yb和 Er的 NaYF4納米晶體，所合成的納米晶體尺寸分布窄，粒徑可調(diào)控，這種納米晶體可發(fā)射上轉(zhuǎn)換熒光，量子產(chǎn)率可達 1%，這種上轉(zhuǎn)換熒光標(biāo)記試劑在未來有望進一步用于生物診斷。 Soukka等人 [149]將相關(guān)抗體標(biāo)記到 Eu(III)螯合的聚苯乙烯納米球上，使用兩步非競爭免疫分析法測定了前列腺癌標(biāo)志物 PSAF，檢測限可達 。Feng 等人 [150]成功制備 出功能化的氧化銪探針，發(fā)現(xiàn)這種發(fā)射紅色熒光的探針的發(fā)射波長窄，熒光壽命長，該探針用于免疫分析靈敏度可達到亞 ppb級。 近年來， 我國 在 納米材料粉體 的制備上有長足的進展，目前很多納米材料都已商品化，如 納米氧化物方面有納米氧化鋅、納米氧化鈦、納米氧化硅、納米氧化鋯、納米氧化鎂、納米氧化鈷、納米氧化鎳、納米氧化鉻、納米氧化錳、納米氧化鐵等，納米金屬和合金方面有銀、鈀、銅、鐵、鈷、鎳、鈦、鋁、銀 銅合金、銀 錫合金、銅 鈦合金、鎳 鐵合金、鎳 鈷合金等，納米碳化物方面有碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化鉻、碳化鈮、碳化硼 等，納米氮化物有氮化硅、氮化鋁、氮化鈦、氮化硼 [151]。這些產(chǎn)品的開發(fā)為發(fā)展新一代納米診斷試劑奠定了堅實的基礎(chǔ)，在未來的幾年，這方面的研究工作將是人們的一個研究熱點。 我們有理由相信，在不久的將來，會有更多的納米診斷試劑用于醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，將進一步提高診斷的靈敏度及準(zhǔn)確性。 微芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 生物芯片的出現(xiàn)是近年來高新技術(shù)領(lǐng)域中極具時代特征的重大進展，是物理學(xué)、微電子學(xué)與分子生物學(xué)綜合交叉形成的高新技術(shù) [152]。若以使用功能區(qū)分，生物芯片可分為微陣列芯片 (Microarray Chip)與微流控芯片 (Microfluidic Chip)兩大類。微陣列芯片是將成千上萬的微型生物傳感器有如數(shù)組般排列在不同材質(zhì)的載體上，如玻璃、尼龍、硅芯片或塑料等材質(zhì)，借著生物傳感器上的生物探針與樣品中的特定對象進行生化反應(yīng)，再經(jīng)換能器將反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)換成訊號輸出。若以載體上排列物質(zhì)分類，微陣列芯片又可以分為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細胞芯片及組織芯片等 [153]，其中，基因芯片和蛋白質(zhì)芯片已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。微流控芯片是采用微加工方法，在平方厘米級大小的芯片上刻蝕出扁平的通道和其它功能單元，通過不同的通道 網(wǎng)絡(luò)、反應(yīng)器、檢測單元等的設(shè)計和布局，實現(xiàn)樣品的進樣、反應(yīng)、分離和檢測的微型實驗裝置，具有快速、高效和低耗等特點 [154]。生物芯片技術(shù)的成熟和應(yīng)用，一方面將為本世紀(jì)的疾病診斷和治療、新藥開發(fā)、分子生物學(xué)、航空航天、司法鑒定、食品衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域帶來一場革命；另一方面則為人類提供了能夠?qū)€體生物信息進行高速、并行采集和分析的強有力的技術(shù)手段，必將成為未來生物信息學(xué)研究中的重要信息采集和處理平臺。目前，生物芯片市場增長勢頭迅猛。 2022 年，全球生物芯片市場為 120 億美元；到 2022年，這一數(shù)額已上升到 170億美元。據(jù)預(yù)測， 2022年，全球生物芯片市場將達到 200億美元，僅美國用于基因組研究的芯片銷售額將達 50億美元 [155]。 關(guān)于生物芯片的研究，目前已經(jīng)有很多專著問世，如馬立人教授 編寫、 化學(xué)工業(yè)出版社出版的《 生物芯片 》一書 [31]， 李瑤 編寫、 化學(xué)工業(yè)出版社 出版的《 基因芯片技術(shù)：解碼生命 》 [156]， 馬文麗 編寫、 廣東科技出版社 出版的《 DNA 芯片技術(shù)的方法與應(yīng)用》 [157]等，這些專著詳細介紹了 生物 芯片相關(guān)的基本知識 、 制備 、 檢測技術(shù) 以及應(yīng)用等方面的內(nèi)容。方肇倫院士編寫的《微流控分析芯片的制作及應(yīng)用》一書 [158]，介紹了微流控芯片的設(shè)計、制備、檢測及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用。鑒于此，本章僅 簡要介紹目前應(yīng)用較多的基因芯片、蛋白質(zhì)芯片及微流控芯片在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用情況。 基因芯片在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 基因芯片又稱 DNA 芯片，它是在基因探針的基礎(chǔ)上研制出來的。所謂基因探針只是一段人工合成的堿基序列，在探針上連接一些可檢測的物質(zhì)，根據(jù)堿基互補的原理，利用基因探針到基因混合物中識別特定基因。它將大量探針分子固定于支持物上，然后與標(biāo)記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析 [31, 155, 156]。 上個世紀(jì) 90年代以來，隨著“人類基因組計劃”和“人類后基因組計劃”的開展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的遺傳疾病、環(huán)境相關(guān)疾病及感染性疾病，都可以通過 DNA來進行分析。這些疾病包括：癌癥、帕金森癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病、艾滋病、肝炎、血友病、地中海貧血、杜氏肌營養(yǎng)不良、異常血紅蛋白病、苯酮尿癥等?；蛐酒勺R別易患某些疾病的個體基因傾向性，從正常人的基因組中分離出 DNA，與芯片雜交可得出標(biāo)準(zhǔn)圖譜，然后將不同患者的 DNA 與芯片雜交，比較兩種圖譜的細微差異可得到病變的 DNA 信息，這樣患病可能性最大的人就可以 進行預(yù)防監(jiān)控、護理及早期治療 [159]。 腫瘤是目前對人類有嚴(yán)重危害的疾病之一，其發(fā)生和發(fā)展往往涉及多種基因的異常，如慢性粒細胞白血病可檢測到融合基因 bcrabl，急性早幼粒白血病常可檢測到融合基因pmlrarα等，此外原癌基因 cmyc、 ras 以及抑癌基因 p5 Rb 等的異常也?？稍诙喾N類型的腫瘤細胞中檢測到，研究這些腫瘤相關(guān)的基因，對于腫瘤的早期診斷及治療具有重要的意義 [31]。 BRCA1 基因是乳腺癌和卵巢癌基因診斷的分子標(biāo)志。 Guo 等人 [160]將 96600 種含 20個堿基的寡聚核苷酸探針排列在 DNA 芯片上，用于檢測 BRCA1 基因第 11 外顯子 的突變。在被檢測的 15 例病人樣品中，有 14 例檢測到突變，而在 20例對照樣品中，無假陽性結(jié)果出現(xiàn)。此結(jié)果展示了 DNA芯片技術(shù)在疾病基因診斷中很好的應(yīng)用前景，未來有可能代替某些常規(guī)的診斷技術(shù)。 Wen 等人 [161]用 P53 基因芯片和傳統(tǒng)的 DNA 序列分析法，分別檢測了 108例卵巢癌患者的基因突變。結(jié)果表明，總共有 77例突變被兩種方法檢測出來，其中 71 例被芯片技術(shù)檢測出來， 63 例被傳統(tǒng)的 DNA 測序法檢測出來。不一致的結(jié)果中，有 14例被基因芯片檢測出來而常規(guī)的方法 未檢測出來，有 6例被常規(guī)的方法檢測出來而未被基因芯片檢測出來，表明芯片技術(shù)具有 94％的準(zhǔn)確性、 92％的靈敏性及 100％的特異性。 蛋白質(zhì)芯片在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 蛋白質(zhì)芯片又稱蛋白質(zhì)陣列或蛋白質(zhì)微陣列，它是將大量的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)檢測試劑或檢測探針以預(yù)先設(shè)計的方式固定在玻片、硅片、纖維膜等固定載體上組成密集的陣列，能夠高通量地測定蛋白質(zhì)的生物活性、蛋白質(zhì)與大分子和小分子的相互作用，或者用于高通量定性、定量檢測蛋白質(zhì) [162]。近年來，蛋白質(zhì)芯片已成為人們研究的熱點之一。由于蛋白質(zhì)芯片具有快速、 高效、高通量的特點，因而，該項技術(shù)在醫(yī)療診斷等方面有著很大的發(fā)展前景。 澳大利亞科學(xué)家 Blelov[163]制備了一種含有 60個 CD抗體的微陣列，可用它來區(qū)分常規(guī)的白血病和非常規(guī)的白血病，并提供了一種新的疾病標(biāo)記物和抗原的發(fā)現(xiàn)方法，在病人的治療過程中，該法可測定很少量的殘留病毒。 Ciphergen Biosystem公司研究小組的科學(xué)家們 [164]應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片研究了健康個體和不同發(fā)病階段癌癥病人的血清樣品，僅僅三天時間，他們就發(fā)現(xiàn)了前列腺癌的六種潛在標(biāo)記物，而常規(guī)的方法則需要幾個月到幾年的時間。 Brown等人 [164]選擇來自腫瘤不同階段 200 多個激光俘獲微分析 (LCM)衍生的上皮性卵巢癌細胞進行研究，應(yīng)用表面增強激光解析離子化 (SELDI)疏水性蛋白質(zhì)芯片進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上皮卵巢癌三個階段 5~8 個不同細胞重量的多肽現(xiàn)象指紋。 Boyle 等人 [165]使用 SELDI蛋白質(zhì)芯片系統(tǒng)分析了鏈球菌生膿微生物分泌的鏈球菌外毒素 B(SpeB)。他們將 SELDITOFMS 與Cipherge Biosystem公司的蛋白質(zhì)讀數(shù)體系相結(jié)合，鑒定了 Mr~41000的 SpeB蛋白質(zhì)的酶原形式及 Mr~28500的 SpeB全活 性酶，并觀察到 SpeB表達特征。在 SpeB酶原形式自動活化的動力學(xué)研究中，他們發(fā)現(xiàn)了全活性酶積聚之前相繼產(chǎn)生的四種 SpeB中間體。 微流控芯片在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 近幾年來，微流控芯片技術(shù)在疾病早期診斷方面也得到了快速的發(fā)展。中科院大連化物所 Zhou 等人 [166]對發(fā)熱型病毒性呼吸道疾病早期檢測系統(tǒng)研究取得重大進展，已能在自制的芯片分析儀和芯片上用自行設(shè)計的聚合酶鏈反應(yīng) (PCR)試劑盒進行 SARS 冠狀病毒(SARSCoV)的陽性和陰性對照測定。該項研究的突出特點在于即使是待檢測者的樣本中含有極微量的病毒 RNA，也可以利用 RTPCR 與微流控芯片在線檢測技術(shù)做到早期診斷。與常規(guī)的 PCR平板凝膠電泳相比，該系統(tǒng)的靈敏度提高了 100倍。在實際應(yīng)用中，研究人員使用了 SARSCoV 的以 SARS 病毒 cDNA 片斷為陽性對照物，以副流感病毒作為陰性對照物，正反兩面的結(jié)果證明，用自行設(shè)計的引物和相關(guān)模板得到的試劑盒，陽性診斷率為 94%，而采用常規(guī)的 PCR平板凝膠電泳方法陽性診斷率僅為 67%。 Sato等人 [167]將表面吸附抗癌胚抗原抗體的聚苯乙烯微珠導(dǎo)入微通道，與含有癌胚抗原的血清樣品、一抗、標(biāo)記膠體金 的二抗依次