M2 iONE–600生物芯片點樣儀助力前列腺癌早期檢測
M2助力開發(fā)納米帶生物傳感器，探索前列腺癌早期檢測新方法
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)患者確診時已錯過最佳治療期。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，都難以滿足早期對檢測靈敏度的需求。因此，迫切需要更高靈敏度、非侵入性的檢測手段。
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隊于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帶來新突破。
該研究利用 互補金屬氧化物半導(dǎo)體兼容技術(shù)，氣相還原和光刻制備 SOI-NR 芯片，并通過德國M2公司的iONE–600生物芯片點樣儀將與目標(biāo)miRNA互補的 DNA 寡核苷酸探針（oDNA 探針）點印到納米帶上，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，會引起納米帶電化學(xué)性質(zhì)變化，從而實現(xiàn)高靈敏度、實時且無標(biāo)記的檢測 。
實驗方法：
該研究利用 互補金屬氧化物半導(dǎo)體兼容技術(shù)，氣相還原和光刻制備 SOI-NR 芯片，并通過德國M2公司的iONE–600生物芯片點樣儀將與目標(biāo)miRNA互補的 DNA 寡核苷酸探針（oDNA 探針）點印到納米帶上，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，會引起納米帶電化學(xué)性質(zhì)變化，從而實現(xiàn)高靈敏度、實時且無標(biāo)記的檢測 。
實驗方法：
- 1.材料準備：準備實驗所用化學(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（對照）的血漿樣本，經(jīng)離心、分裝后冷凍保存。在實驗前用特定試劑盒提取血漿中的 miRNA。
- 3.芯片制備與處理：運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，隨后對芯片表面進行清洗、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M2公司的iONE – 600納升/皮升級生物芯片點樣儀，將 1µM 的 oDNA 探針溶液以約 1nL 體積精確點印到單個納米帶上，再通過DTSSP 交聯(lián)劑對 oDNA 探針共價固定，孵育 24 小時后清洗(圖1 b)。
圖1 SOI-NR芯片表面處理前后的光學(xué)圖像 a.使用點樣儀向單個納米帶表面點印1nL oDNA固定溶液前，即SOI-NR芯片表面的初始狀態(tài)。此時芯片表面均勻、光滑，尚未進行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/皮升級生物芯片點樣儀點印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，這一步是實現(xiàn)目標(biāo)miRNA特異性檢測的關(guān)鍵，為后續(xù)生物傳感器檢測前列腺癌相關(guān)生物標(biāo)志物奠定重要基礎(chǔ)。
- 5.生物傳感器測量：將敏化后的芯片放入生物傳感器系統(tǒng)的分析模塊。測量前，芯片置于測量池下方，溶液攪拌，加入鉑電極增強穩(wěn)定性。實驗分兩步，先測模型 oDNA 確定最低檢測濃度，再檢測患者血漿中的目標(biāo) miRNA，并設(shè)對照排除非特異性信號。
- 6.數(shù)據(jù)分析：實時記錄電流變化，減去空白實驗電流值消除非特異性影響，對電流變化值歸一化處理，計算工作和對照納米帶信號差異，以傳感圖呈現(xiàn)結(jié)果。
實驗結(jié)果如下：
- 1.檢測限確定：使用代表目標(biāo) miRNA 合成類似物的模型 oDNA，在緩沖溶液中進行檢測實驗。結(jié)果顯示，對所有測試的模型 oDNA，該 SOI-NR 生物傳感器在緩沖液中可檢測到的最低濃度為1.1*10-17M 。當(dāng)模型 oDNA 溶液濃度在1.1*10-18M時，未檢測到信號；而當(dāng)濃度提升至1.1*10-17及以上時，納米帶的電導(dǎo)率出現(xiàn)預(yù)期下降，這是由于帶負電荷的 oDNA 分子吸附到傳感器表面所致
- 2.血漿樣本檢測成功：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，這一趨勢在血漿樣本 No. 5 和 No. 44 中均有體現(xiàn)。而在對照實驗中，加入來自左腎囊腫患者血漿的 miRNA 樣本后，信號變化不明顯。這表明該生物傳感器能夠特異性地檢測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，最低檢測濃度達1.1*10-17M，能成功檢測前列腺癌患者血漿中的目標(biāo) miRNA，且特異性強。與傳統(tǒng)基于前列腺特異性抗原（PSA）的檢測方法相比，該方法檢測限更低，在前列腺癌早期檢測方面優(yōu)勢明顯。
此項研究成果為前列腺癌早期檢測開辟了新路徑，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)容請參考原文：https://doi.org/10.3390/s23177527
M2-automation位于德國，專注于提供納升-皮升級超微量點樣生物芯片應(yīng)用領(lǐng)域的解決方案及服務(wù)。自公司成立即以來，20年始終致力于開發(fā)高精度高靈活性生物樣品噴點液體處理平臺。
M2系列產(chǎn)品采用接觸式/非接觸式點樣技術(shù)，可輕松實現(xiàn)包括但不限于納米柱、微陣列、微針等各種標(biāo)準化和個性化生物芯片制備，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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