癌症是现今世界上导致人类死亡的三大病症之一，每年都有成千上万的人死于癌症。利用新的科技手段技术攻克癌症成为全世界的科研工作者的梦想。上海交通大学物理与天文学院的陈险峰教授课题组利用先进光子技术在癌症诊断和治疗方面提出了一种新的思路和方法。该方法是基于双面金属包覆波导的超高灵敏度以及增强单分子荧光的能力，实时精确的检测在化疗或放疗过程中病灶周围是否还有残存的癌细胞。因此，该研究工作对癌症治疗过程中过度治疗或治疗不足的现象具有关键的指导作用。

众所周知染色体数目在正常的细胞中是稳定数目存在的，但是在癌细胞中因为癌细胞的大量增殖以及增殖速度超过正常的细胞，因此导致在癌细胞的有丝分裂过程不能准确的分配到每个子细胞中，最终导致癌细胞的细胞核内的染色体数目出现或多或少的现象。

图1 小鼠生殖细胞的检测

课题组结合双面金属包覆波导具有单细胞检测的能力又具有增强荧光强度的功能，因此可以通过波导对已经进行染色体染色的单细胞进行荧光强度检测。当荧光强度大于正常细胞荧光强度的上限，或者小于正常细胞荧光强度值的下限时，认为该细胞很有可能是非正常细胞。研究组通过小鼠的生殖细胞验证了这个想法。因为由精母细胞减数分裂而来的正常精子是单倍体，当小鼠的精母细胞受重金属刺激之后小鼠产生的精子的染色体数目会发生改变，成为多倍体。他们的实验明确地区分了正常的精子和非正常的精子，如图1所示。

在利用小鼠的生殖细胞验证了技术可行之后，他们对患有腺癌的小鼠化疗治疗癌症过程进行实时检测病灶周围的细胞的染色体数目，并指导化疗药物使用的时间和周期。通过他们的技术干预，小鼠的在精准的治疗控制之后，在一段时间内癌肿没有复发。如图2所示。

图2 实时检测化疗过程

课题组的实验结果表明：他们的检测技术可以有效的监测癌症的复发，在治疗过程中能实时检测癌症细胞，判断癌细胞是否完全清除，将对癌症的治疗起到关键指导作用。

该工作于2021年11月17日以题目“Single-cell detection by enhancement of fluorescence in waveguides for cancer diagnosis and therapy”发表在Photonics Research杂志上，上海交通大学戴海浪博士，单洪瑞博士研究生及浙江省荣军医院孙张弛医生为共同第一作者，陈险峰教授为通信作者。这一工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目、中国博士后科学基金资助项目资助和支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.435686