M2助力開(kāi)發(fā)納米帶生物傳感器，探索前列腺癌早期檢測(cè)新方法
前列腺癌是全球范圍內(nèi)導(dǎo)致男性死亡的重要癌癥之一，其早期癥狀不明顯，使得多數(shù)患者確診時(shí)已錯(cuò)過(guò)最佳治療期。當(dāng)前臨床常用的診斷方法如直腸指檢、影像學(xué)檢查和活檢等，都難以滿足早期對(duì)檢測(cè)靈敏度的需求。因此，迫切需要更高靈敏度、非侵入性的檢測(cè)手段。  

  由俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院半導(dǎo)體物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)于2023年8月，在《Sensors》雜志發(fā)表的文章《Nanoribbon Biosensor-Based Detection of microRNA Markers of Prostate Cancer》。基于 “絕緣體上硅” 結(jié)構(gòu)的納米帶生物傳感器（Silicon-on-Insulator Nanoribbon Biosenso，SOI-NR 生物傳感器）技術(shù)，為前列腺癌早期檢測(cè)帶來(lái)新突破。

該研究利用 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體兼容技術(shù)，氣相還原和光刻制備 SOI-NR 芯片，并通過(guò) 德國(guó)M2公司的iONE–600生物芯片點(diǎn)樣儀將與目標(biāo)miRNA互補(bǔ)的 DNA 寡核苷酸探針（oDNA 探針） 點(diǎn)印到納米帶上，繼而借助 3,3'- 二硫代雙（磺基琥珀酰亞胺基丙酸酯）（DTSSP）交聯(lián)劑完成固定。當(dāng)樣本中的目標(biāo) miRNA 與探針結(jié)合時(shí)，會(huì)引起納米帶電化學(xué)性質(zhì)變化，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度、實(shí)時(shí)且無(wú)標(biāo)記的檢測(cè) 。

實(shí)驗(yàn)方法：

• 1.材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑、oDNA 探針、模型 oDNA等材料。
• 2.樣本處理：采集前列腺癌患者和左腎良性囊腫患者（對(duì)照）的血漿樣本，經(jīng)離心、分裝后冷凍保存。在實(shí)驗(yàn)前用特定試劑盒提取血漿中的 miRNA。
• 3.芯片制備與處理：運(yùn)用電子束光刻和氣體等離子體化學(xué)蝕刻技術(shù)制作 SOI-NR 芯片，隨后對(duì)芯片表面進(jìn)行清洗、去除氧化層、并用羥基和硅烷化處理表面（圖1 a）。
• 4.納米帶敏化：使用德國(guó)M2公司的iONE – 600納升/皮升級(jí)生物芯片點(diǎn)樣儀，將 1μM 的 oDNA 探針溶液以約 1nL 體積精確點(diǎn)印到單個(gè)納米帶上，再通過(guò)DTSSP 交聯(lián)劑對(duì) oDNA 探針共價(jià)固定，孵育 24 小時(shí)后清洗(圖1 b)。 

圖1 SOI-NR芯片表面處理前后的光學(xué)圖像 a.使用點(diǎn)樣儀向單個(gè)納米帶表面點(diǎn)印1nL oDNA固定溶液前，即SOI-NR芯片表面的初始狀態(tài)。此時(shí)芯片表面均勻、光滑，尚未進(jìn)行oDNA探針溶液的分配，為后續(xù)敏化處理提供基礎(chǔ)。b. iONE – 600納升/皮升級(jí)生物芯片點(diǎn)樣儀點(diǎn)印1nL oDNA探針溶液后，SOI-NR芯片表面的狀態(tài)。oDNA探針溶液均勻覆蓋其上，這一步是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)miRNA特異性檢測(cè)的關(guān)鍵，為后續(xù)生物傳感器檢測(cè)前列腺癌相關(guān)生物標(biāo)志物奠定重要基礎(chǔ)。
 

• 5.生物傳感器測(cè)量：將敏化后的芯片放入生物傳感器系統(tǒng)的分析模塊。測(cè)量前，芯片置于測(cè)量池下方，溶液攪拌，加入鉑電極增強(qiáng)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)分兩步，先測(cè)模型 oDNA 確定最低檢測(cè)濃度，再檢測(cè)患者血漿中的目標(biāo) miRNA，并設(shè)對(duì)照排除非特異性信號(hào)。
• 6.數(shù)據(jù)分析：實(shí)時(shí)記錄電流變化，減去空白實(shí)驗(yàn)電流值消除非特異性影響，對(duì)電流變化值歸一化處理，計(jì)算工作和對(duì)照納米帶信號(hào)差異，以傳感圖呈現(xiàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

• 1.檢測(cè)限確定：使用代表目標(biāo) miRNA 合成類似物的模型 oDNA，在緩沖溶液中進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，對(duì)所有測(cè)試的模型 oDNA，該 SOI-NR 生物傳感器在緩沖液中可檢測(cè)到的最低濃度為1.1*10^-17M 。當(dāng)模型 oDNA 溶液濃度在1.1*10^-18M時(shí)，未檢測(cè)到信號(hào)；而當(dāng)濃度提升至1.1*10^-17及以上時(shí)，納米帶的電導(dǎo)率出現(xiàn)預(yù)期下降，這是由于帶負(fù)電荷的 oDNA 分子吸附到傳感器表面所致
• 2.血漿樣本檢測(cè)成功：加入從前列腺癌患者血漿中分離的 miRNA 后，納米帶傳感器的電導(dǎo)率降低，這一趨勢(shì)在血漿樣本 No. 5 和 No. 44 中均有體現(xiàn)。而在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，加入來(lái)自左腎囊腫患者血漿的 miRNA 樣本后，信號(hào)變化不明顯。這表明該生物傳感器能夠特異性地檢測(cè)出前列腺癌患者血漿中的目標(biāo) miRNA，具備良好的臨床應(yīng)用潛力。

研究結(jié)果顯示，SOI-NR 生物傳感器靈敏度極高，最低檢測(cè)濃度達(dá)1.1*10 ^-17M，能成功檢測(cè)前列腺癌患者血漿中的目標(biāo) miRNA，且特異性強(qiáng)。與傳統(tǒng)基于前列腺特異性抗原（PSA）的檢測(cè)方法相比，該方法檢測(cè)限更低，在前列腺癌早期檢測(cè)方面優(yōu)勢(shì)明顯。
 
此項(xiàng)研究成果為前列腺癌早期檢測(cè)開(kāi)辟了新路徑，SOI-NR 生物傳感器有望成為臨床早期篩查的重要工具，隨著研究的深入，其在臨床應(yīng)用中的潛力巨大，有望改善前列腺癌患者的診療現(xiàn)狀，提高患者生存率和生活質(zhì)量。
 
更多內(nèi)容請(qǐng)參考原文： https://doi.org/10.3390/s23177527
 
M2-automation位于德國(guó)，專注于提供納升-皮升級(jí)超微量點(diǎn)樣生物芯片應(yīng)用領(lǐng)域的解決方案及服務(wù)。自公司成立即以來(lái)，20年始終致力于開(kāi)發(fā)高精度高靈活性生物樣品噴點(diǎn)液體處理平臺(tái)。

M2系列產(chǎn)品采用接觸式/非接觸式點(diǎn)樣技術(shù)，可輕松實(shí)現(xiàn)包括但不限于納米柱、微陣列、微針等各種標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)性化生物芯片制備，廣泛應(yīng)用于微流控、生物傳感器、臨床快檢（POCT）等領(lǐng)域。 

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