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)

近日，中國(guó)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(duì)，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(duì)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(shí)時(shí)、無(wú)標(biāo)記、超靈敏的miRNA檢測(cè)。

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(shí)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(duì)miRNA-21的超靈敏檢測(cè)，對(duì)于早期癌癥診斷至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的miRNA檢測(cè)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(cè)序技術(shù)等。然而，傳統(tǒng)檢測(cè)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(wèn)題。上述挑戰(zhàn)限制了這些分析策略的應(yīng)用場(chǎng)景。而SPR技術(shù)因?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)、無(wú)需標(biāo)記以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為用于miRNA檢測(cè)的重要傳感技術(shù)之一。

而受檢測(cè)靈敏度的限制，傳統(tǒng)的基于波長(zhǎng)或角度檢測(cè)機(jī)制的SPR生物傳感器很難檢測(cè)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(duì)提出了一種基于橫向位移檢測(cè)機(jī)制的MXene增強(qiáng)SPR生物傳感技術(shù)，用于超靈敏無(wú)標(biāo)記的miRNA-21檢測(cè)。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(duì)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(hào)變化，可對(duì)SPR傳感基底表面的生物分子和生物反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

基于相位誘發(fā)橫向位移檢測(cè)機(jī)制的miRNA檢測(cè)方案示意圖

上述成果可實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度（10?1??M）miRNA的無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)檢測(cè)，可對(duì)單堿基錯(cuò)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(cè)。該傳感方案具有優(yōu)異的傳感性能，能夠?yàn)榘╩iRNA在內(nèi)的一系列生物標(biāo)記物提供超靈敏檢測(cè)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。

審核編輯：劉清