對于很多疾病來說，診斷得越早，療效和預后就越好。英國倫敦帝國學院和西班牙維戈大學的科學家研制出一種新的生物納米傳感器，有望更早地診斷疾病。

傳統(tǒng)的生物傳感器產(chǎn)生的信號與靶分子的濃度成正比，靶分子濃度較低時，傳感器的靈敏度降低，變得容易被其他分子干擾。

由MollyStevens和同事們研制的這種新傳感器則相反，靶分子濃度越低，產(chǎn)生的信號越強，從而能夠可靠地檢測到低濃度的靶分子，其可檢出的最低濃度比醫(yī)院現(xiàn)在使用的診斷方法低好幾個數(shù)量級，比目前最靈敏的檢測方法也至少低10倍，有利于早期診斷疾病。以癌抗原這樣的生物標志物為例，早期診斷方法是否有效，關鍵就在于它能否可靠地辨別濃度是“零”還是“痕量”?！皩υS多疾病來說，用現(xiàn)有的技術尋找早期征象簡直像大海撈針一樣，”Stevens說，“而我們的新技術還真能撈到那根針?！?/p>

孵育納米星

研究團隊用直徑50納米的小金星（納米星）制造傳感器。金表面的傳導電子發(fā)生相干振蕩，形成等離子體；葡萄糖氧化酶（GOx）粘附到金星表面，作為生物催化劑，將溶液里的銀離子還原為銀原子。當GOx濃度較低時，銀原子在納米星周圍沉積，為它們裹上一層銀衣，導致其表面等離子體的共振頻率加快（藍移）。而當GOx濃度較高時，銀的結晶率也較高，更容易在溶液里形成獨立的晶核，納米星表面等離子體的共振頻移也較不明顯。向納米星上照射可見-近紅外光，一部分光將被吸收，通過檢測最大吸收峰可測定共振頻率。這樣，只要測出加入GOx前后的共振頻率，便可非常靈敏地測定GOx的濃度。

接下來的工作是用納米傳感器測定人們感興趣的生物分子的濃度——在這項研究中，科學家的測定目標是前列腺癌的一種生物標志物，叫做前列腺特異性抗原（PSA）。為此，研究人員先用能從溶液中“撈”出PSA的抗體包裹納米金星，然后加入與GOx聯(lián)結在一起的另一種抗體，后者又與納米星表面的PSA結合；GOx還原銀離子，使表面等離子體共振頻移，從而被檢測出來。

通過這個技術，研究人員可以檢測到濃度低至10^-18g/ml的PSA，這比醫(yī)院里廣泛使用的酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）所能檢測到的下限低十億倍。

“靶分子濃度越低，我們的傳感器產(chǎn)生的信號越強，”Stevens說，“所以，即使是超低濃度的靶分子，也可以非?？煽康貦z測出來?！?/p>

“不錯的戲法”

這個新技術給Quanterix公司的研究負責人DavidDuffy留下了很好的印象（Quanterix是美國波士頓的一家開發(fā)單分子蛋白檢測技術的公司），“它就像是一個精彩的戲法，獨辟蹊徑，”他說，“它確實把我吸引住了?！?/p>

能以很高的靈敏度檢測PSA的方法是非常重要的。在前列腺癌手術后，PSA不應再在體內(nèi)出現(xiàn)，除非癌癥擴散或受癌癥影響的組織未完全切除?！?/p>

以前，人們一直無法檢測出超低水平的PSA，所以現(xiàn)在并不靠PSA來判斷手術效果。所有患者都面臨相同的風險——他們并不知道手術的長期效果是否成功，”Duffy解釋道，“毫無疑問，與金標準ELISA相比，這個新方法在靈敏度上向前邁了一大步?！?/p>

展望未來

英國布里斯托大學的納米結構和電化學專家DavidFermin同樣對這個新成果表示了贊賞，稱之為“令人矚目的工作”。

Fermin建議，下一步研究應該著眼于檢測的特異性，即當存在潛在的干擾物質(zhì)時，極低濃度的生物標志物是否能被可靠地檢測出來。“研究人員在論文中只是簡單地提到了這個問題，但我認為它非常重要。我想，一定能找到巧妙的化學方法，讓這個技術變得特異性很高，它著實令人激動，”他說。

到目前為止，研究人員只針對PSA這一種生物標志物進行了實驗，但Stevens表示，“我們相信，這一方法能用于早期診斷多種疾病”。他們感興趣的生物標志物還包括p24，一種與HIV感染有關的蛋白質(zhì)，精確檢測p24將有助于診斷尚處于萌芽階段的HIV感染。

更多資訊請關注傳感器頻道