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中國科學(xué)院深圳先進院等開發(fā)出超靈敏光學(xué)等離子體傳感器


  來源: 深圳先進院 時間:2023-10-30 編輯:清風(fēng)
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近日,中國科學(xué)院深圳先進技術(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。該團隊提出了一種基于MXene材料增強的等離子體共振(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、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,該團隊提出了一種基于橫向位移檢測機制的MXene增強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等特性,對等離子體傳感襯底的吸收系數(shù)進行調(diào)控,使其達到“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序列進行區(qū)分,并可在復(fù)雜的環(huán)境介質(zhì)中進行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。


深圳先進院為第一完成單位。該研究由深圳先進院和法國國家科學(xué)研究中心合作完成。


基于相位誘發(fā)橫向位移檢測機制的miRNA檢測方案示意圖


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