急性心肌梗死是目前世界上最常见的疾病死亡原因，尽管近10年来我国诊疗技术有了明显提高，在急性心肌梗死的诊断和治疗等相关领域，国家投入也逐年加大，但死亡率却居高不下，其主要原因之一是缺乏即时诊断的快速检测技术^[1]。针对高发病率和高死亡率急性心肌梗死对快速、灵敏、低成本体外诊断技术的迫切需求，项目开展无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术及其在急性心肌梗死快速诊断中的应用研究，发展高敏感性、高特异性的急性心肌梗死快速诊断新方法，将急性心肌梗死确诊时间缩短至发病3 h以内。

体外诊断技术的发展对于重大疾病的早期诊断、个性化治疗和预后评估具有重要的科学意义和社会需求。现行的体外诊断方法主要依赖于基于标记技术的高灵敏化学发光分析方法，标记过程复杂、耗时，难以进行快速和现场分析^{[2, 3]}。同时，现有体外诊断技术基本被国外所垄断。因此，急需发展快速、低成本、具有独立知识产权的分析新技术。无标记分析技术由于无需进行复杂标记，避免了多步孵育及洗涤，从而实现快速检测；无需引入第二段分析探针如二抗，从而使分析目标物的数量和种类大大扩展。由于极大简化了制备和操作过程，无标记分析方法具有简便、快捷、低成本等优点，非常适合开发快速、灵敏、低成本体外诊断技术，是体外诊断技术新的发展趋势^{[4, 5]}。化学发光分析法（包括电化学发光）无需外部光源和分光系统，仪器简单、灵敏度高、线性范围宽、分析速度快，已成为体外分析的主要手段。纳米材料大的比表面积和表面活性非常适合高密度化学发光分子的固载以及合成化学发光功能化纳米材料；纳米材料易于与生物分子和其它纳米材料组装，结合精确组装，可构建优良的分析界面；一些纳米材料能促进化学发光反应中间活性自由基的形成和电子转移，对化学发光反应具有很强的催化作用，可大大提高化学发光强度，从而达到更高的检测灵敏度；纳米界面上分子传质快于传统宏观界面，可以实现快速分子识别事件^{[6, 7]}。纳米材料的上述特性与无标记化学发光分析方法所针对的快速检测过程完美匹配。因此，开展无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术及其在急性心肌梗死快速诊断中的应用研究具有重要的科学意义和实用价值。该方法基于识别分子与目标分析物结合后引起分析界面的化学发光信号变化，实现分析物浓度测定。设计与构筑集识别、响应、放大功能于一体的纳米化学发光分析界面是本项目的关键。拟解决的关键科学问题：（1）纳米材料与化学发光分子相互作用规律、能量与电荷转移规律及化学发光特性研究；（2）分析界面的纳米精度组装及纳米界面上光、电化学性质的分子调控与疾病标志物特异识别。

1 研究内容和方法

围绕以上两个关键科学问题，我们组建了一支在化学发光功能化纳米材料的合成、界面组装、纳米生物分析、急性心肌梗死临床研究、体外诊断、仪器与试剂盒研制等领域具有交叉学科背景的研究团队，由崔华教授（中国科学技术大学，担任项目负责人）、邵元华教授（北京大学）、徐国宝研究员（中科院长春应化所）和杨笛研究员（南京医科大学第一附属医院）共同组成。项目的主要研究内容包括：（1）化学发光功能化纳米材料的合成和化学发光特性的研究。探索新的合成方法，利用高效的化学发光试剂和性能优良的催化剂，合成化学发光功能化的金属、碳、金属-碳、磁性纳米材料，对其形貌、尺寸、化学组成等进行表征，研究其化学发光特性及机理。（2）急性心肌梗死主要蛋白质标志物的抗体和适配体的研制和优化。将针对急性心肌梗死蛋白质标志物，研制和优化单克隆抗体，筛选适配体。（3）分析界面的组装和无标记化学发光分析新方法的研究。针对急性心肌梗死相关的蛋白质（cTnI、和肽素、H-FABP等）、miRNA（miR-499、miR-133a 等）标志物，利用合成的化学发光功能化纳米材料与获得的单克隆抗体或适配体，构建集识别、响应、放大3种功能于一体的纳米化学发光分析界面，发展无标记纳米化学发光分析新方法。（4）无标记纳米化学发光原理性检测器件的研制。针对单一急性心肌梗死标志物，开发快速、灵敏、低成本智能手机检测器件和便携式（电）化学发光检测器件；针对急性心肌梗死多重标志物，建立同时测定多组分的阵列、芯片检测技术；开发临床检测试剂与试剂盒。（5）无标记化学发光纳米分析新技术在急性心肌梗死快速诊断中的应用研究。建立临床急性心肌梗死血标本库，利用阵列、芯片检测技术，同时测定临床样品中多种急性心肌梗死标志物，建立急性心肌梗死快速诊断多重标志物联合检测模型，评价其敏感性、特异性及在急性心肌梗死快速诊断应用中的价值。

2 项目特点

本项目具有以下几个特点：（1）项目基于研究团队率先提出的在纳米合成过程中直接将发光试剂、发光试剂/催化剂组装在纳米材料表面这一新的思路，制备新型高效化学发光功能化纳米材料。对纳米材料与化学发光分子相互作用规律、能量与电荷转移规律及化学发光特性进行研究，将进一步丰富人们对于纳米材料独特性质的认识，推动先进功能化纳米材料的研究。（2）项目提出了纳米分析界面构筑的新策略。将生物分子如DNA 和蛋白质等的程序化自组装和纳米材料的可控生物修饰从溶液引入到异相界面，构筑兼具分子识别、响应与信号放大功能的高质量纳米化学发光分析界面，相比于传统分析界面具有更好的可控性、稳定性和重现性。上述工作对界面组装的基础理论研究具有重要的意义。（3）项目提出了基于化学发光功能化纳米分析界面的无标记分析新方法。针对急性心肌梗死标志物，可望开发出我国具有独立自主知识产权、快速、灵敏、特异、低成本的无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术，进而开发出原理性检测器件及临床检测试剂与试剂盒。（4）将先进的检测和加工技术引入了体外诊断技术。最近，智能手机检测、3D打印技术、芯片技术、微纳加工技术发展迅速。本项目率先将这些技术引入无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术中，将有效地降低成本，使检测器件小型化，为开发便携式体外诊断装置奠定了重要的基础。（5）项目提出了急性心肌梗死快速诊断的多重标志物联合检测的研究思路，将弥补目前单一标志物诊断急性心肌梗死特异性与敏感性不能兼顾的缺陷，可有效提高急性心肌梗死诊断的准确性。

3 预期成果及展望

通过本项目的实施，解决提出的科学问题，将丰富人们对功能化纳米材料特殊的化学发光、界面等物理化学性质的认识，可获得多种在体外诊断中具有重要应用价值和商业价值的化学发光功能化纳米材料，建立无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术，在纳米生物分析与医学交叉领域获得一批具有重要国际影响的研究成果，为自主创新国家战略的实施积累原始创新方案。进一步，将开发的具有自主知识产权的无标记体外诊断新技术用于急性心肌梗死快速诊断，将提升我国急性心肌梗死的快速诊断水平，为未来开发相关的临床分析产品提供重要的理论基础和技术支撑。无标记纳米化学发光方法及其在体外诊断中的应用研究在国际上刚刚起步，本项目率先在国际上开展无标记纳米化学发光新一代体外诊断技术的研究，对国家体外诊断新兴产业的发展具有重要的战略意义。可望带动高水平研究基地的建设，为国家培养一批具有专业精神和团队合作能力的，能解决具体问题的优秀人才。