深圳先進(jìn)院等開發(fā)出超靈敏光學(xué)等離子體傳感器
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所研究員楊慧團(tuán)隊，在《納米光子學(xué)》(Nanophotonics)上，發(fā)表了題為Ultrasensitive label-free miRNA-21 detection based on MXene-enhanced plasmonic lateral displacement measurement的研究成果。該團(tuán)隊提出了一種基于MXene材料增強(qiáng)的等離子體共振(SPR)生物傳感技術(shù)，用于實時、無標(biāo)記、超靈敏的miRNA檢測。
miRNAs是一種小的非編碼RNA分子，在各種類型癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起到重要作用。其中，miRNA-21是一種被廣泛認(rèn)可的生物標(biāo)志物，已被證實在包括乳腺癌、胰腺癌、肺癌和結(jié)直腸癌等多種癌癥類型中上調(diào)。因此，對miRNA-21的超靈敏檢測，對于早期癌癥診斷至關(guān)重要。傳統(tǒng)的miRNA檢測分析策略包括定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)、基于微陣列的雜交、新一代測序技術(shù)等。然而，傳統(tǒng)檢測方法往往需要擴(kuò)增和標(biāo)記步驟，并可能存在交叉雜交的問題。上述挑戰(zhàn)限制了這些分析策略的應(yīng)用場景。而SPR技術(shù)因?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測能力強(qiáng)、無需標(biāo)記以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已成為用于miRNA檢測的重要傳感技術(shù)之一。而受檢測靈敏度的限制，傳統(tǒng)的基于波長或角度檢測機(jī)制的SPR生物傳感器很難檢測到低濃度水平的miRNA，也難以區(qū)分具有高序列同源性的miRNA。
為解決上述難題，該團(tuán)隊提出了一種基于橫向位移檢測機(jī)制的MXene增強(qiáng)SPR生物傳感技術(shù)，用于超靈敏無標(biāo)記的miRNA-21檢測。該傳感方案利用MXene納米材料表面積大和載流子約束能力強(qiáng)等特性，對等離子體傳感襯底的吸收系數(shù)進(jìn)行調(diào)控，使其達(dá)到“零反射”狀態(tài)，在SPR共振角處引起極急劇的相位變化，從而誘發(fā)較大的橫向位移傳感信號變化，可對SPR傳感基底表面的生物分子和生物反應(yīng)進(jìn)行實時監(jiān)測。
上述成果可實現(xiàn)對低濃度(10-14 M)miRNA的無標(biāo)記實時檢測，可對單堿基錯配的miRNA序列進(jìn)行區(qū)分，并可在復(fù)雜的環(huán)境介質(zhì)中進(jìn)行miRNA檢測。該傳感方案具有優(yōu)異的傳感性能，能夠為包括miRNA在內(nèi)的一系列生物標(biāo)記物提供超靈敏檢測手段，在各類疾病的早期診斷和伴隨治療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
深圳先進(jìn)院為第一完成單位。該研究由深圳先進(jìn)院和法國國家科學(xué)研究中心合作完成。
基于相位誘發(fā)橫向位移檢測機(jī)制的miRNA檢測方案示意圖
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