金崇君教授、沈杨副教授团队在表面等离激元生物传感领域取得进展

       在癌症诊疗领域，血液等体液中微量肿瘤标志物的精准、快速检测是早期诊断、疗效评估和预后监测的关键。然而，当前临床主流检测方法（如酶联免疫吸附试验ELISA、化学发光法CLIA）普遍存在操作繁琐、耗时长达数小时、需标记物、设备庞大且成本高等问题，难以满足即时检验（POCT）对快速、简便、低成本、高性能的迫切需求。

       为攻克这一难题，中山大学金崇君教授与沈杨副教授团队开发了一种基于超光滑金纳米沟阵列（UGNA）生物传感器与初始速率分析（IRA）方法的无标记、超灵敏蛋白质定量检测平台（图1）。该研究利用UGNA中的光学耦合模式（Fabry-Pérot模式和Wood’s anomaly模式），实现了极高的表面灵敏度（0.618 nm/nm）和极窄的光谱响应线宽（约20 nm）。此外，研究团队创新性地引入了“杂蛋白策略”，通过预先通入特定浓度的“惰性”杂蛋白，有效占据了微流通道和进样管表面的非特异性结合位点，克服了目标分析物在传输过程中的非特异性消耗，显著提升了检测的动力学。在此基础上，研究团队摒弃了传统的“终点检测”思路（即等待分子结合达到饱和或平衡状态才完成检测），采用初始速率分析法（IRA）进行待测物浓度分析以及医学血清样本中的待测物分析（图2）。该方法仅需分析分子结合反应开始后最初几十秒内的结合速率变化。这使得总检测时间缩短至惊人的1分钟，与传统方法相比，速度提升了约160倍。同时，该方法在1–104 ng/ml的宽动态范围内保持了优异的线性关系，其性能指标已优于主流商业化学发光分析仪。值得关注的是，UGNA传感器采用高重复性的模板剥离技术制备，为未来实现低成本、大规模的产业化生产铺平了道路。与此同时，垂直入射的光路设计极大地简化了光路系统，有利于开发支持多指标并行检测的小型化、便携式设备。

       这项研究将高性能局域等离激元传感器（UGNA）与创新的生物样本处理策略（杂蛋白方案）及信号分析方法（IRA）紧密结合，解决了POCT设备在检测速率、灵敏度和集成化等方面面临的核心瓶颈。其超快速（~1分钟）、高灵敏度、宽线性范围的特点，以及小型化、低成本生产的潜力，使其在肿瘤标志物快速筛查、即时诊断和疗效监测等领域展现出卓越的应用前景，有望推动下一代高性能POCT设备的发展。

图1 基于UGNA和IRA的无标记、超灵敏、快速蛋白质定量检测平台

图2 原发性肝癌标志物甲胎蛋白（AFP）的浓度检测以及临床样本验证

     相关研究成果以“A Promising Point-of-care Testing Strategy: Ultrasmooth Gold Nanogroove Arrays Biosensor Combined with Initial Rate Analysis”为题发表在Advanced Science上（DOI: 10.1002/advs.202503056）。中山大学材料科学与工程学院为论文的第一完成单位。2022级博士生刘艺为论文的第一作者，中山大学肿瘤防治中心副主任技师邢珊为共同一作，金崇君教授和沈杨副教授为通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金等项目的大力资助。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202503056

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军