生物標(biāo)志物檢測已成為醫(yī)學(xué)早期診斷的重要手段。近些年，微創(chuàng)無痛的微針樣的“皮內(nèi)”生物傳感器，作為血液生物標(biāo)志物檢測方法得到了廣泛應(yīng)用。例如，基于微電子傳感器平臺的毛細(xì)管采血，由個人操作進(jìn)行及時的（POC）快速診斷，測量生物分子結(jié)合后傳感表面的電學(xué)特性，靈敏度高、響應(yīng)快、線性好。然而，電子的生物傳感器容易發(fā)生信號漂移和干擾，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，需要經(jīng)常校準(zhǔn)，制造復(fù)雜且加工成本高。相比，熒光的光學(xué)生物傳感器具有更高的選擇性和穩(wěn)定性，以及較寬的動態(tài)范圍，可檢測復(fù)雜生物樣品中低豐度靶標(biāo)。

近期，來自以色列特拉維夫大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究人員設(shè)計了一款光學(xué)生物傳感器用于生物標(biāo)志物檢測，文章題目為“Transdermal Minimally-Invasive Optical Multiplex Detection of Protein Biomarkers by Microneedles-Embedded Nanopillars Array”于2024年發(fā)表在Nanoscience雜志上。

作者設(shè)計出一種集成的新型微陣列器件，結(jié)合了微針樣裝置和硅納米柱（SiNPs），并含有一個超高效檢測感應(yīng)區(qū)域，修飾有功能化特異性抗體（圖1），可對特定的蛋白或生物標(biāo)志物進(jìn)行檢測。


圖1. 基于SiNPs的微針陣列（掃描電鏡圖片）。（b） SiNPs陣列制備的針：寬220μm，長1000μm，感應(yīng)區(qū)域為 120μm和150 μm；藍(lán)色圖顯示了更高放大倍率的SiNPs傳感陣列。（c） 整個微針：三針裝置，每根針都有一個感應(yīng)區(qū)域。藍(lán)色圖顯示另一種設(shè)計類型，每個針頭含有六個感應(yīng)區(qū)域，用于進(jìn)行多重檢測
 

首先對人血清樣品進(jìn)行測量，文中選用前列腺特異性抗原（PSA）以量化生物標(biāo)志物水平。前列腺特異性抗原（PSA），是檢測前列腺癌的關(guān)鍵指標(biāo)。對SiNPs進(jìn)行特異性測試，使用高濃度的非特異性蛋白質(zhì)細(xì)胞色素C、cTnT 和 BNP，濃度均為100 ng/ml。抗PSA芯片對高濃度細(xì)胞色素C、cTnT和BNP的反應(yīng)接近于零，特異性較高，可抗不同干擾物（蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等）。
 

 

體外測量對傳感設(shè)備校準(zhǔn)后，將微針元件插入皮內(nèi)進(jìn)行PSA濃度的在體檢測。測試對象分別是：受試者 A 一名健康的25歲女性，受試者B一名健康的30歲男性，受試者C一名健康的25歲男性，受試者D一名健康的28歲男性，受試者E一名健康的30歲男性。結(jié)果顯示，受試者的PSA水平在正常健康范圍內(nèi)。女性受試者的PSA水平非常低，低于該器件的檢測閾值，顯示為水平線（正常的健康女性PSA水平約為 0.002 ng/ml）。為評估PSA 測量準(zhǔn)確性，對來自同一受試者的靜脈血樣進(jìn)行酶聯(lián)免疫吸附實驗測定（ELISA），結(jié)果顯示微針陣列體內(nèi)實驗準(zhǔn)確性與ELISA 結(jié)果相當(dāng)。

 

隨后進(jìn)行多重指標(biāo)檢測，通過不同的抗體對每個單獨針頭的感應(yīng)區(qū)域進(jìn)行修飾。使用M2 Automation高精度生物芯片點樣儀將不同的樣品點印在微陣列傳感的子區(qū)域，一半用 Alexa Fluor 430 標(biāo)記，另一半用 Alexa Fluor 555 標(biāo)記，具體見圖2d。

圖2. a） 血清中PSA濃度增加的線性響應(yīng)曲線。B）特異性測量，PSA 抗體修飾并引入不同的蛋白質(zhì)：細(xì)胞色素 C、BNP、cTnT 和 PSA。結(jié)果表明，只有特異性的PSA蛋白生物標(biāo)志物表現(xiàn)出高熒光響應(yīng)，而非特異性蛋白質(zhì)可忽略不計。（c） 使用 SiNPs 裝置對 5 名志愿者進(jìn)行 Invivo 測量，用于量化 PSA 濃度（青色條）與 ELISA 測量值（藍(lán)色條）相比。（d） 多路檢測的熒光圖像，檢測多個感應(yīng)區(qū)域上兩種不同的熒光基團(tuán)。

綜上所述，一種新型的微針嵌入SiNPs傳感微陣列，依據(jù)免疫學(xué)與熒光方法對生物標(biāo)志物檢測，具有高特異性和高靈敏度的特點，使得在快速診斷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

原文鏈接：https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-qdcrw

M2-Automation成立于2003年，總部位于德國柏林，是一家創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)公司，專注于微量/超微量、非接觸式自動化移液和生物芯片點樣技術(shù)。儀器準(zhǔn)確性、精確性高，重復(fù)性好，全程自動化點樣，同時可根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制。

 

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