一种基于拉曼光谱的脑胶质瘤边界识别技术制造技术

本发明专利技术公开了基于拉曼光谱的胶质瘤边界识别技术，属于肿瘤诊断领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉曼光谱的脑胶质瘤边界识别技术


[0001]本专利技术属于肿瘤诊断领域，涉及一种基于拉曼光谱的胶质瘤边界识别技术，更进一步涉及表面增强拉曼散射（
SERS
）基底结合机器学习确定胶质瘤切除碎片样品中肿瘤细胞比例，进而为术中实时导航提供参考与校准依据
。

技术介绍

[0002]脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，具有高增殖
、
高侵袭
、
高异质性
、
高治疗抵抗
、
高复发以及高死亡率的“六高”特征
。
据统计，高级别胶质瘤患者的平均中位生存时间往往仅
12
个月
。
此外，脑胶质瘤多见于儿童，居于儿童恶性肿瘤死亡率的第二位
。
[0003]首先，由于胶质瘤弥漫浸润生长的特性，使胶质瘤与正常脑组织之间的边界并无明确的影像学边界，进而导致基于术中导航系统的手术切除边界不明确，这也是脑胶质瘤复发及恶化的重要原因
。
目前，神经病理医生可对切除组织进行简单荧光染色后，通过激光共聚焦显微镜观测肿瘤存在与否，校正术中导航结果，提高手术切除准确度
。
但该方法存在过度依赖病理医师经验
、
主观干扰因素偏多，病理反馈速度较慢（需
15
分钟以上）等缺陷，进而延误病人治疗
。
免疫组化
、
免疫荧光及质谱等相关设备的检测结果相对准确，但耗时更长
、
不适合手术实时指导
。
因此，如何能够实现对脑胶质瘤组织进行实时快速诊断，进而对手术切除范围进行反馈参考，是本领域技术人员亟需解决的关键问题
。
[0004]表面增强拉曼散射
(SERS)
是在纳米颗粒表面和界面上产生的一种非弹性光学效应
。
当分子吸附在粗糙的贵金属表面时，它们的拉曼信号可以增强
106~ 10
14
倍
。SERS
技术的检测灵敏度极高，甚至可达到单分子检测的水平，且具有无损检测
、
快速检测和原位测量等诸多优点
。SERS
光谱特征带窄，可提供丰富的分子指纹信息
。
因此，该光谱技术特别适用于生物系统和细胞相关的检测系统
。
近年来，基于
SERS
技术的肿瘤分析研究一直是生物医学领域的热点，尤其是胶质瘤边界的识别
。
比如，
Xu
等人通过银纳米粒子自组装成膜以及响应性
SERS
报告因子4‑
巯基吡啶制备了传感芯片，4‑
巯基吡啶的
SERS
特征峰比在不同的
pH
条件下有规律地变化，通过测定间质液
pH
值来确定胶质瘤浸润的边界（
Talanta 2022
，
250
：
123750
）
。
然而，作者只在小鼠神经胶质瘤细胞中对该方法进行了初步的验证，在真实样本中，生物环境中丰富的谷胱甘肽等生物硫醇可以通过配体交换取代连接在贵金属表面的硫代配体，破坏
SERS
纳米探针，导致检测信号失真和定量不准确
。
此外，这种间接检测的方法不利于对肿瘤信息的收集
。Zhou
等人使用便携式拉曼分析仪对人类胶质瘤进行了研究，并采用主成分分析
‑
支持向量机机器学习方法区分胶质瘤组织与正常组织和胶质瘤分级
。
与组织病理学作为金标准相比，该技术对胶质瘤的识别准确率只有
80%
（
Cancers 2023, 15, 1752.
）
。
除了上述工作外，目前对于胶质瘤的识别仅限于二分类的方法，只进行“有”或“无”的分析，无法提供更精准的肿瘤浸润比例的信息
、
为术中实时导航提供参考与校准依据
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供本一种利用
SERS
基底增强样本拉曼信号强度，结合机
器学习，建立基于胶质瘤细胞特征谱的肿瘤比例预测方案，为术中实时导航提供参考与校准依据
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案
。
[0007]本专利技术提供了一种
SERS
增强基底的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1
，
MoS2纳米片制备：将聚甲基丙烯酸甲酯（
PMMA
）或者聚对苯二甲酸乙二酯（
PET
）胶带与表面光滑无污染的
MoS2单晶块紧密结合在一起，并轻轻压胶带；随后将
MoS2与胶带分离，得到一层
MoS2纳米片；干净的硅衬底经过氧等离子清洗
30
分钟，用显微镊子或显微针尖轻轻触碰
MoS2纳米片，将纳米片粘附在显微镊子或显微针尖的尖端，将粘附有
MoS2纳米片的显微镊子或显微针尖轻轻移动到目标基底的位置，确保显微镊子或显微针尖与基底表面轻触，并在接触的地方释放
MoS2纳米片，缓慢而小心地抬起显微镊子或显微针尖，使
MoS2纳米片留在目标基底表面上；
S2
，
SERS
基底的制备：使用有机溶剂丙酮清洗
S1
所制得的
MoS2纳米片，并氮气吹干；配制
0.036%
（
w/v
）的氯金酸作为金源，以
0.74%
（
w/v
）的盐酸羟胺和
0.012%
（
w/v
）柠檬酸三钠混合液作为还原溶液；
90℃
下，将金源溶液缓慢滴加到
MoS2纳米片上，使其充分覆盖；将还原溶液缓慢滴加到
MoS2纳米片上，还原金离子，直至还原溶液使用完全，并在
MoS2纳米片表面生长金纳米花结构；反应结束后，用去离子水小心冲洗基底；
S3
，
SERS
增强基底制备：为了进一步增强
SERS
基底对胶质瘤细胞的检测性能，利用可靶向结合
ADAM15、ARMC10
和
PTPRN
蛋白的巯基化适配体对其进行修饰；在适配体混合液中加入2‑
亚氨基硫烷盐酸盐水溶液，室温下孵育1小时后，利用脱盐离心柱分离巯基化适配体；将
S2
中制备好的
SERS
基底浸入适配体混合溶液中，反应一小时后，用去离子水清洗并
4℃
保存，制得
SERS
增强基底
。
[0008]进一步地，在步骤
S3
中三种适配体溶液按照
1:1:1
的比列混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
SERS
增强基底的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1
，
MoS2纳米片制备：将聚甲基丙烯酸甲酯（
PMMA
）或者聚对苯二甲酸乙二酯（
PET
）胶带与表面光滑无污染的
MoS2单晶块紧密结合在一起，并轻轻压胶带；随后将
MoS2与胶带分离，得到一层
MoS2纳米片；干净的硅衬底经过氧等离子清洗
30
分钟，用显微镊子或显微针尖轻轻触碰
MoS2纳米片，将纳米片粘附在显微镊子或显微针尖的尖端，将粘附有
MoS2纳米片的显微镊子或显微针尖轻轻移动到目标基底的位置，确保显微镊子或显微针尖与基底表面轻触，并在接触的地方释放
MoS2
纳米片，缓慢而小心地抬起显微镊子或显微针尖，使
MoS2纳米片留在目标基底表面上；
S2
，
SERS
基底的制备：使用有机溶剂丙酮清洗
S1
所制得的
MoS2纳米片，并氮气吹干
;
配制
0.036%
（
w/v
）的氯金酸作为金源，以
0.74%
（
w/v
）的盐酸羟胺和
0.012%
（
w/v
）柠檬酸三钠混合液作为还原溶液；
90℃
下，将金源溶液缓慢滴加到
MoS2纳米片上，使其充分覆盖
;
将还原溶液缓慢滴加到
MoS2纳米片上，还原金离子，直至还原溶液使用完全，并在
MoS2纳米片表面生长金纳米花结构；反应结束后，用去离子水小心冲洗基底；
S3
，
SERS
增强基底制备：为了进一步增强
SERS
基底对胶质瘤细胞的检测性能，利用可靶向结合
ADAM15、ARMC10
和
PTPRN
蛋白的巯基化适配体对其进行修饰；在适配体混合液中加入2‑
亚氨基硫烷盐酸盐水溶液，室温下孵育1小时后，利用脱盐离心柱分离巯基化适配体；将
S2
中制备好的
SERS
基底浸入适配体混合溶液中，反应一小时后，用去离子水清洗并
4 ℃
保存，制得
SERS
增强基底
。2. 根据权利要求1所述的一种
SERS
增强基底的制备方法，其特征在于，在步骤
S3
中三种适配体溶液按照
1:1:1
的比列混合；所述三种适配体的序列如
SEQ ID No.1~ SEQ ID No.3。3.
一种采用权利要求1‑3任一项所述的制备方法获得的
SERS
增强基底在制备检测胶质瘤边界的产品中的应用
。4.
一种采用权利要求1‑3任一项所述的制备方法获得的
SERS
增强基底在制备预测胶质瘤样本中肿瘤细胞比例的产品中的应用
。5.
一种基于拉曼光谱的胶质瘤边界识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，
SERS
增强基底的制备：
S1
，
MoS2纳米片制备：将聚甲基丙烯酸甲酯（
PMMA
）或者聚对苯二甲酸乙二酯（
PET
）胶带与表面光滑无污染的
MoS2单晶块紧密结合在一起，并轻轻压胶带；随后将
MoS2
与胶带分离，得到一层
MoS2纳米片；干净的硅衬底经过氧等离子清洗
30
分钟，用显微镊子或显微针尖轻轻触碰
MoS2纳米片，将纳米片粘附在显微镊子或显微针尖的尖端，将粘附有
MoS2纳米片的显微镊子或显微针尖轻轻移动到目标基底的位置，确保显微镊子或显微针尖与基底表面轻触，并在接触的地方释放
MoS2纳米片，缓慢而小心地抬起显微镊子或显微针尖，使
MoS2纳米片留在目标基底表面上；
S2
，
SERS
基底的制备：使用有机溶剂丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷建，吴安华，孙姣姣，程文，刘广兴，郭松溢，尹焕才，刘行，蔡睿锴，
申请(专利权)人：中国医科大学附属盛京医院，
类型：发明
国别省市：