生物標志物檢測已成為醫學早期診斷的重要手段。近些年，微創無痛的微針樣的“皮內”生物傳感器，作為血液生物標志物檢測方法得到了廣泛應用。例如，基于微電子傳感器平臺的毛細管采血，由個人操作進行及時的（POC）快速診斷，測量生物分子結合后傳感表面的電學特性，靈敏度高、響應快、線性好。然而，電子的生物傳感器容易發生信號漂移和干擾，導致讀數不準確，需要經常校準，制造復雜且加工成本高。相比，熒光的光學生物傳感器具有更高的選擇性和穩定性，以及較寬的動態范圍，可檢測復雜生物樣品中低豐度靶標。

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

作者設計出一種集成的新型微陣列器件，結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區域，修飾有功能化特異性抗體（圖1），可對特定的蛋白或生物標志物進行檢測。


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，感應區域為 120μm和150 μm；藍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區域。藍色圖顯示另一種設計類型，每個針頭含有六個感應區域，用于進行多重檢測
 

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

 

體外測量對傳感設備校準后，將微針元件插入皮內進行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。結果顯示，受試者的PSA水平在正常健康范圍內。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 測量準確性，對來自同一受試者的靜脈血樣進行酶聯免疫吸附實驗測定（ELISA），結果顯示微針陣列體內實驗準確性與ELISA 結果相當。

 

隨后進行多重指標檢測，通過不同的抗體對每個單獨針頭的感應區域進行修飾。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域，一半用 Alexa Fluor 430 標記，另一半用 Alexa Fluor 555 標記，具體見圖2d。

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

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

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，是一家創新技術開發公司，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。儀器準確性、精確性高，重復性好，全程自動化點樣，同時可根據客戶需求進行定制。

 

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