M2 iONE–600生物芯片点样仪助力前列腺癌早期检测
2025-04-24 来源:本站 点击次数:38M2助力开发纳米带生物传感器，探索前列腺癌早期检测新方法
前列腺癌是全球范围内导致男性死亡的重要癌症之一，其早期症状不明显，使得多数患者确诊时已错过最佳治疗期。当前临床常用的诊断方法如直肠指检、影像学检查和活检等，都难以满足早期对检测灵敏度的需求。因此，迫切需要更高灵敏度、非侵入性的检测手段。
由俄罗斯科学院西伯利亚分院半导体物理研究所的研究团队于2023年8月，在《Sensors》杂志发表的文章《Nanoribbon Biosensor-Based Detection of microRNA Markers of Prostate Cancer》。基于 “绝缘体上硅” 结构的纳米带生物传感器（Silicon-on-Insulator Nanoribbon Biosenso，SOI-NR 生物传感器）技术，为前列腺癌早期检测带来新突破。
该研究利用 互补金属氧化物半导体兼容技术，气相还原和光刻制备 SOI-NR 芯片，并通过德国M2公司的iONE–600生物芯片点样仪将与目标miRNA互补的 DNA 寡核苷酸探针（oDNA 探针）点印到纳米带上，继而借助 3,3'- 二硫代双（磺基琥珀酰亚胺基丙酸酯）（DTSSP）交联剂完成固定。当样本中的目标 miRNA 与探针结合时，会引起纳米带电化学性质变化，从而实现高灵敏度、实时且无标记的检测 。
实验方法：
该研究利用 互补金属氧化物半导体兼容技术，气相还原和光刻制备 SOI-NR 芯片，并通过德国M2公司的iONE–600生物芯片点样仪将与目标miRNA互补的 DNA 寡核苷酸探针（oDNA 探针）点印到纳米带上，继而借助 3,3'- 二硫代双（磺基琥珀酰亚胺基丙酸酯）（DTSSP）交联剂完成固定。当样本中的目标 miRNA 与探针结合时，会引起纳米带电化学性质变化，从而实现高灵敏度、实时且无标记的检测 。
实验方法：
- 1.材料准备：准备实验所用化学试剂、oDNA 探针、模型 oDNA等材料。
- 2.样本处理：采集前列腺癌患者和左肾良性囊肿患者（对照）的血浆样本，经离心、分装后冷冻保存。在实验前用特定试剂盒提取血浆中的 miRNA。
- 3.芯片制备与处理：运用电子束光刻和气体等离子体化学蚀刻技术制作 SOI-NR 芯片，随后对芯片表面进行清洗、去除氧化层、并用羟基和硅烷化处理表面（图1 a）。
- 4.纳米带敏化：使用德国M2公司的iONE – 600纳升/皮升级生物芯片点样仪，将 1µM 的 oDNA 探针溶液以约 1nL 体积精确点印到单个纳米带上，再通过DTSSP 交联剂对 oDNA 探针共价固定，孵育 24 小时后清洗(图1 b)。
图1 SOI-NR芯片表面处理前后的光学图像 a.使用点样仪向单个纳米带表面点印1nL oDNA固定溶液前，即SOI-NR芯片表面的初始状态。此时芯片表面均匀、光滑，尚未进行oDNA探针溶液的分配，为后续敏化处理提供基础。b.iONE – 600纳升/皮升级生物芯片点样仪点印1nL oDNA探针溶液后，SOI-NR芯片表面的状态。oDNA探针溶液均匀覆盖其上，这一步是实现目标miRNA特异性检测的关键，为后续生物传感器检测前列腺癌相关生物标志物奠定重要基础。
- 5.生物传感器测量：将敏化后的芯片放入生物传感器系统的分析模块。测量前，芯片置于测量池下方，溶液搅拌，加入铂电极增强稳定性。实验分两步，先测模型 oDNA 确定最低检测浓度，再检测患者血浆中的目标 miRNA，并设对照排除非特异性信号。
- 6.数据分析：实时记录电流变化，减去空白实验电流值消除非特异性影响，对电流变化值归一化处理，计算工作和对照纳米带信号差异，以传感图呈现结果。
实验结果如下：
- 1.检测限确定：使用代表目标 miRNA 合成类似物的模型 oDNA，在缓冲溶液中进行检测实验。结果显示，对所有测试的模型 oDNA，该 SOI-NR 生物传感器在缓冲液中可检测到的最低浓度为1.1*10-17M 。当模型 oDNA 溶液浓度在1.1*10-18M时，未检测到信号；而当浓度提升至1.1*10-17及以上时，纳米带的电导率出现预期下降，这是由于带负电荷的 oDNA 分子吸附到传感器表面所致
- 2.血浆样本检测成功：加入从前列腺癌患者血浆中分离的 miRNA 后，纳米带传感器的电导率降低，这一趋势在血浆样本 No. 5 和 No. 44 中均有体现。而在对照实验中，加入来自左肾囊肿患者血浆的 miRNA 样本后，信号变化不明显。这表明该生物传感器能够特异性地检测出前列腺癌患者血浆中的目标 miRNA，具备良好的临床应用潜力。
研究结果显示，SOI-NR 生物传感器灵敏度极高，最低检测浓度达1.1*10-17M，能成功检测前列腺癌患者血浆中的目标 miRNA，且特异性强。与传统基于前列腺特异性抗原（PSA）的检测方法相比，该方法检测限更低，在前列腺癌早期检测方面优势明显。
此项研究成果为前列腺癌早期检测开辟了新路径，SOI-NR 生物传感器有望成为临床早期筛查的重要工具，随着研究的深入，其在临床应用中的潜力巨大，有望改善前列腺癌患者的诊疗现状，提高患者生存率和生活质量。
更多内容请参考原文：https://doi.org/10.3390/s23177527
M2-automation位于德国，专注于提供纳升-皮升级超微量点样生物芯片应用领域的解决方案及服务。自公司成立即以来，20年始终致力于开发高精度高灵活性生物样品喷点液体处理平台。
M2系列产品采用接触式/非接触式点样技术，可轻松实现包括但不限于纳米柱、微阵列、微针等各种标准化和个性化生物芯片制备，广泛应用于微流控、生物传感器、临床快检（POCT）等领域。
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