【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院現(xiàn)代顯微儀器研究所(以下簡稱“儀器學(xué)院顯微所”)、新加坡南洋理工大學(xué)和黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院合作團(tuán)隊提出了一種新型人源腫瘤細(xì)胞篩選與檢測方法，突破了現(xiàn)有腫瘤細(xì)胞檢測技術(shù)在靈敏度、檢測通量和診斷效率等方面的限制。研究成果以《基于超光譜芯片面向腫瘤細(xì)胞篩選和量化的三維空間圖譜》(Hyperspectral Metachip-Based 3D Spatial Map for Cancer Cell Screening and Quantification)為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。
 

　　圖1 (a)超構(gòu)傳感芯片陣列和單元顯微鏡下的照片 (b)設(shè)計的單元結(jié)構(gòu)近場增強(qiáng)分布圖 (c)太赫茲測試系統(tǒng)示意圖 (d)多通道投射光譜測試結(jié)果 (e)不同通道品質(zhì)因數(shù)的仿真與測試結(jié)果 (f)共振峰移動與分析物折射率之間的關(guān)系 (g)折射率靈敏度曲線
 

　　腫瘤早期篩查是科學(xué)防治癌癥的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的早篩過程中針對人源腫瘤細(xì)胞診斷方法存在靈敏度低、副作用大、成本高、設(shè)備體積龐大、操作程序復(fù)雜、對臨床經(jīng)驗要求高等問題，并且在醫(yī)療條件不佳的偏遠(yuǎn)地區(qū)難以普及，容易使癌癥患者錯過最佳的治療時機(jī)。因此，開發(fā)新型無標(biāo)記、低成本、快速精準(zhǔn)、對生物組織無害、人工操作簡易的腫瘤細(xì)胞檢測方案對提升癌癥早期患者治療成功率和我國整體醫(yī)療水平具有重要意義。
 

　　圖2 不同人源腫瘤細(xì)胞樣本對應(yīng)的高維光譜特征及降維過程 (a)A549 (b)HGC-27 (c)PANC-1 (d)U2OS (e)HepG2 (f)提出的人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜 (g)在額外的腫瘤細(xì)胞樣本集下的檢測結(jié)果，以混淆矩陣的形式展示
 

　　本研究創(chuàng)新性提出了一種基于太赫茲多通道超構(gòu)傳感芯片的人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜，可以高效檢測不同人源腫瘤細(xì)胞的種類和濃度。研究團(tuán)隊設(shè)計的太赫茲多通道傳感芯片由結(jié)構(gòu)簡單緊湊的超構(gòu)單元組成，具有優(yōu)異的品質(zhì)因數(shù)、環(huán)境折射率靈敏度以及濃度靈敏度，可無標(biāo)記地有效捕獲人源腫瘤細(xì)胞多個通道下的初始光譜特征。此外，團(tuán)隊還基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法將不同腫瘤細(xì)胞樣本對應(yīng)的高維光譜特征降維至低維向量，即三維空間圖譜中的一個坐標(biāo)點(diǎn)，顯著提升了檢測效率和分辨力，并且操作過程無需豐富的臨床經(jīng)驗。實驗證明，該檢測方法可有效區(qū)分和篩選五種來自不同人體部位的腫瘤細(xì)胞及其濃度，在額外的腫瘤樣本集下檢測成功率為93.33%。研究提出的解決方案將促進(jìn)癌癥早篩過程中腫瘤細(xì)胞檢測技術(shù)的發(fā)展，并為新型高通量生物傳感系統(tǒng)的開發(fā)提供新的契機(jī)。
 

人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜構(gòu)建過程
 

　　哈工大為論文第一單位。儀器學(xué)院顯微所博士研究生趙子涵、電子與信息工程學(xué)院博士研究生唐曉聰和新加坡南洋理工大學(xué)紀(jì)昌銀博士為共同第一作者。儀器學(xué)院顯微所教授丁旭旻、南洋理工大學(xué)助理教授胡光維和黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院副研究員蒙艷麗為通訊作者。哈工大儀器學(xué)院劉儉教授對研究工作提供指導(dǎo)和支持。
 

　　該研究工作獲國家自然科學(xué)基金項目資助。