深圳先進院等開發出超靈敏光學等離子體傳感器

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫學與健康工程研究所研究員楊慧團隊，在《納米光子學》(Nanophotonics)上，發表了題為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，用于實時、無標記、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生和發展中起到重要作用。其中，miRNA-21是一種被廣泛認可的生物標志物，已被證實在包括乳腺癌、胰腺癌、肺癌和結直腸癌等多種癌癥類型中上調。因此，對miRNA-21的超靈敏檢測，對于早期癌癥診斷至關重要。傳統的miRNA檢測分析策略包括定量逆轉錄聚合酶鏈反應(qRT-PCR)、基于微陣列的雜交、新一代測序技術等。然而，傳統檢測方法往往需要擴增和標記步驟，并可能存在交叉雜交的問題。上述挑戰限制了這些分析策略的應用場景。而SPR技術因實時動態監測能力強、無需標記以及穩定性好等優點，已成為用于miRNA檢測的重要傳感技術之一。而受檢測靈敏度的限制，傳統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，用于超靈敏無標記的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進行調控，使其達到“零反射”狀態，在SPR共振角處引起極急劇的相位變化，從而誘發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進行實時監測。
 

　　上述成果可實現對低濃度(10-14 M)miRNA的無標記實時檢測，可對單堿基錯配的miRNA序列進行區分，并可在復雜的環境介質中進行miRNA檢測。該傳感方案具有優異的傳感性能，能夠為包括miRNA在內的一系列生物標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域具有廣闊的應用前景。
 

　　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研究中心合作完成。
 

　　基于相位誘發橫向位移檢測機制的miRNA檢測方案示意圖