[发明专利]用于癌症诊断的拉曼表面增强光纤导管传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于癌症诊断的拉曼表面增强光纤导管传感器，通过检测肿瘤特异性分子的拉曼信号，实现体内实时检测癌症的技术，属于医疗仪器技术领域。

背景技术

癌症是人类健康最大敌人，几乎人体的所有器官都能发生癌症，全球每年约有600万人被癌症夺去生命。我国每年有160万至180万人被确诊为癌症患者，有130万人死于癌症，死亡率仅次于冠心病，居第二位。另一方面，如果能早期发现和诊断，几乎所有癌症都是可以治疗的，因此，癌症的尽早发现和诊断在临床处理中起着重要的作用。

拉曼光谱技术是一种基于光与物质相互作用的特性，利用非弹性拉曼光散射来进行无损伤探测的方法。任何物质都有确定的分子结构，都有确定的分子振动光谱，拉曼散射光谱技术从物质的分子振动光谱来识别和区分不同的物质结构，成为研究物质分子结构的有效手段。在医学上，拉曼光谱可从疾病引起组织、体液、细胞的分子组成的变化，在分子和细胞水平上来诊断疾病。相对其他方法，拉曼光谱用于医学诊断具有非破坏性，非侵入性，不用试剂和高度自动化的优点。现在国内外的针对癌症的拉曼信号研究主要基于一定数量癌变的和正常的器官组织的拉曼光谱的对比研究，从二者的拉曼特征光谱差异能找出反映癌变的特征标志光谱。对于拉曼光谱用于癌症诊断的研究报道目前还不太多，主要还限于乳腺癌、皮肤癌等外部的癌变的研究。

拉曼散射效应是个非常弱的过程，其光强一般仅约为入射光强的10^-9～10^-8，所以要对拉曼光谱进行研究几乎都要用到某种增强效应。目前采用的增强方法主要有共振拉曼散射方法和表面增强拉曼散射(SERS)方法，SERS增强因子可达10³～10⁷。近几年来，表面增强拉曼散射方法由于其探测灵敏度高、分辨率高、水干扰小、稳定性好及适合于界面研究等优点，己被广泛应用于表面研究、吸附物界面表面状态的研究、生物大分子的界面取向及构型、构象的研究和结构的分析等。已发现能产生SERS的金属有Ag，Au，Cu和Pt等少数金属，以Ag的增强效应为最佳，最为常用，金次之。金/银胶体可以实现液相拉曼增强，在固体表面沉积或者修饰金/银可以实现固相表面拉曼增强，如表面具有规则微纳结构，则将会有更好的增强效果。利用表面增强拉曼散射，可以实现体内循环系统中肿瘤特异性标志物的拉曼增强检测，相对于癌变组织的检测，肿瘤特异性标志物有更好的特异性、准确性和在体可操作性。目前美国的大学研究人员通过单克隆抗体修饰的纳米金颗粒增强拉曼信号，实现了在小动物体内的体表浅肿瘤的检测，但是对于体表深度大于1-2cm的肿瘤的在体检测还无法实现。

光纤技术应用于远距离传输和放大光学信号使得拉曼散射直接用在体内临床诊断疾病成为可能。光纤在医学和生物学中得到了广泛的应用，从光管道和压力传感器到复杂的化学传感器都与光纤有关，相干光纤束可用于内窥镜成像，而单光纤可用于近红外分层成像和光学相干分层成像。采用光纤还能方便地将光辐射传输到组织内，以激活靶标化学治疗药物。利用光纤光导将光波传输到测定部位的化学传感技术可以进行光度和荧光分析。把医用导管和光纤相结合，利用光纤把激光信号传入导管上的生物特异检测平台上，再接收反馈的拉曼增强散射信号，进行拉曼光谱分析，就可以实时检测体内的特定物质。

反馈的光散射信号中含有瑞利散射和拉曼散射，拉曼散射的强度比瑞利散射要弱得多，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的千分之一。所以为了检测拉曼光谱，需要对瑞利散射信号进行分离。光纤光栅是基于光纤的光敏特性制成的一类重要的光纤型器件，它在在线光滤波、光耦合、光放大和信号检测等功能的实现中发挥了重要作用。所谓光纤的光敏特性是指在紫外光照射下，光纤的折射率随光强发生变化的特性。采用光栅光纤可以实现反馈光散射信号中的瑞利散射过滤。

为了得到更好的激光激发效果，使用弥散光纤作为激光输入光纤。弥散光纤由石英芯纤维和医用高分子包层构成，包层中加入一定比例的弥散剂。当石英芯纤维中的传输光在芯包界面发生全反射时，进入包层的光遇到弥散剂将改变传输方向，致使一部分光从光纤包层中泄漏出来，使得不仅仅是光纤头端，同时光纤侧端也可以发出激光信号，增大激光激发范围。