用原子級薄的納米材料增強等離子體生物傳感器

以原子薄納米材料為載體的生物傳感器：

早期癌癥診斷、監(jiān)測治療及檢測復(fù)發(fā)、低血脂及低濃度小劑量腫瘤生物標志物的研究，在臨床上應(yīng)用十分廣泛。本文提出了一種具有高強度的利用二維相變納米材料制造的原子薄型生物傳感器，它可以克服這個挑戰(zhàn)。借助于這一增強的等離激元效應(yīng)，實驗證明10TNF-α癌標記含量為-15MH-1，它已被發(fā)現(xiàn)用于多種人類疾病，包括炎癥和各種癌癥。這一研究成果在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用和臨床診斷方面具有廣闊前景。

同位素感應(yīng)器或表面等離子體共振(SPR)感應(yīng)器是最常用的實時監(jiān)測化學(xué)和生物分子相互作用的光學(xué)傳感器。

對周圍環(huán)境敏感的SPR可以進行實時和無標簽的檢測。該傳感器已商品化20多年，代表了當前生物傳感器無標簽化的“黃金標準”。這類傳感器已應(yīng)用于食品質(zhì)量控制，環(huán)境監(jiān)測，藥物篩選和早期疾病診斷等多個領(lǐng)域。

但是SPR的檢測能力有限，這使其不適用于對小于400Dolton的小目標進行檢測。尤其適用于腫瘤標志物，抗生素，甲狀腺激素，多肽，類固醇，細菌等傳染性疾病。

同樣，SPR的檢測極限也不足以在復(fù)雜的血液(例如尿液、唾液、血清)中發(fā)現(xiàn)低濃度。

但在極低濃度下檢測特定生物標記物的能力對于多種人類疾病的早期診斷是至關(guān)重要的。

癌變因子(TNF-α)是一種在人類疾病中被廣泛接受的生物學(xué)標志，包括腸病、骨病、風濕性關(guān)節(jié)炎、口腔癌、乳腺癌等。

不幸的是，血液中這種微量蛋白質(zhì)循環(huán)使檢測分子并精確測量其濃度成為一項技術(shù)難題。

一般而言，生物標記物的濃度水平，特別是TNF-α，在健康人群中約為20pg/mL，”利摩日大學(xué)XLIM研究所的ShushuwenZeng博士說。此外，TNF-α(17kDa)比許多普通生物標記物低一個數(shù)量級，使血液樣本檢測變得更復(fù)雜。

TNF-α檢測方法主要有酶聯(lián)免疫吸附法、免疫PCR法和熒光光譜法。但是，這些檢測方法耗時較長，通常需要使用足夠的轉(zhuǎn)導(dǎo)元素(例如熒光染料或酶)來完成復(fù)雜的操作。

因此，研究者們開發(fā)出了低成本、高效率的生物標記檢測技術(shù)。

最近一組研究，包括Zeng，通過添加原子上的薄型相變材料，產(chǎn)生了一個很大的橫向位置偏移，稱為S-H,NChen(GH)位移，從而顯著改善了SPR生物感應(yīng)平臺的性能。在亞原子水平檢測TNF-α腫瘤生物標記。

他們在基于2D相奇異性增強的一種生物傳感器對亞-足底癌生物標，"我們用2D納米材料Sb2Te5(GST)進行了2D生物傳感器的靶向亞-足底癌生物標記檢測","我們用2D納米材料Sb2Te5(GST)進行了2D生物傳感器的靶向亞-足底癌生物標記檢測",Zeng解釋說。

我們已經(jīng)知道這種由零反射引起的相奇異性在以前的納米級結(jié)構(gòu)中很難實現(xiàn)。在GST-金亞結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，(a)我們發(fā)現(xiàn)了相位信號的高級模式，即橫向偏移，比近年來報道的其他信號模式要大得多。(b)由GST-on-Au基板引起的橫向大位移的說明。利用2DGST-on-Au基片和Au基片(c)橫向位置偏移和(d)光學(xué)相位信號變化進行了仿真研究。

研究小組開發(fā)出了用于探測TNF-α生物標志物(與最新的納米材料增強的用于探測TNF-α生物標志物的傳感器相比，超過三個數(shù)量級)的探測極限，以及用于探測用于探測10-14-升生物素分子的探測極限(MW=244.31Da)。

贊格指出：“這種亞原子檢測水平與其它SPR設(shè)計相比有了顯著的提高。”他說：“我們設(shè)備中觸發(fā)的最大實驗水平偏移為341.90m，為歷史最高值。

該小組計劃進一步優(yōu)化表面功能方案，以提高其設(shè)備的可靠性。另外，他們希望微流控制芯片能夠集成等離子式傳感器，這樣就可以同時檢測多種癌癥生物標記。

以2D納米材料為基礎(chǔ)的感光元件的研究仍處于起步階段。問題之一是GST材料的高吸能僅存在于可見光和近紅外區(qū)域。更多的材料應(yīng)在其他測試方法下探索。另外，還需要對采用不同二維材料的測試基底的優(yōu)化問題進行研究，為提高測試性能而努力。

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