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Volume 5 | Article ID 0064 |
https://spj.science.org/doi/10.34133/bmef.0064
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近日，墨西哥国立自治大学Ateet Dutt教授在Science合作刊BMEF (BME Frontiers) 上发表题为“Synergistic Assembly of 1DZnO and Anti-CYFRA 21-1: A Physicochemical Approach to Optical Biosensing”的文章。癌症是一种全球性的疾病，每年导致近1000万人死亡，给全球医疗保健系统带来了巨大的经济负担。癌症的早期筛查对于提高患者生存率、降低治疗成本具有重要意义。然而，当前的癌症筛查手段仍面临诸多挑战，开发低成本、高灵敏度的癌症筛查技术成为了全球科研界关注的热点。CYFRA 21-1蛋白是多种肿瘤常见的生物标志物，其在血液中的含量变化可作为癌症预测的重要指标，针对CYFRA 21-1的高效检测对于癌症的早筛早治具有重要意义。氧化锌（ZnO）是一种常见的半导体材料，因其优异的光学、电学和生物相容性而备受关注。特别是一维氧化锌（1DZnO）纳米结构，其独特的物理性质和较大的比表面积使其在生物传感领域展现出巨大的应用潜力。本研究中，Ateet Dutt教授提出利用1DZnO纳米平台来快速检测与癌症相关的生物标志物CYFRA 21-1，并重点分析了1DZnO与抗CYFRA 21-1之间的纳米尺度相互作用，为癌症的早期诊断提供了新思路（图1）。![]()
图1.研究 1DZnO 纳米平台上抗 CYFRA 21-1 生物受体之间纳米级相互作用示意图。
研究团队首先通过金属催化剂辅助的气相生长方法，在硅基底上成功合成了高质量的1DZnO纳米结构（样品N1和样品N2），并通过扫描电子显微镜 （SEM）图像来表征纳米结构形态（图2A-2B）。随后，实验人员采用了光致发光（PL）光谱监测1DZnO纳米平台在生物功能化和CYFRA 21-1检测过程中的光学性质变化，以此来揭示纳米尺度下的生物相互作用。实验结果显示，1DZnO的光致发光（PL）响应可以通过调节发射带进行调整，不同的1DZnO形态及其发射调控有助于光传导型纳米生物传感器的设计与制造（图2C-2D）。
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图2. 1DZnO样品（N1和N2）的表征。合成纳米结构（A和B）及其相应的PL光谱（C和D）的SEM显微照片。
为了进一步验证这一发现，研究团队还采用了傅里叶变换红外（FTIR）光谱、透射电子显微镜（TEM）、能量散射光谱（EDS）等技术，对纳米平台的化学修饰和生物分子相互作用进行了深入研究。结果显示，在生物功能化和CYFRA 21-1检测过程中，纳米平台表面的化学组成和微观结构均发生了显著变化，这些变化与PL光谱的检测结果相吻合。最后，研究团队评估了1DZnO纳米平台在光学生物标志物检测中的整体性能。PL技术在快速响应和高灵敏度方面表现出色，能够有效区分样本中转导信号与空白对照。通过在PBS缓冲液和人工唾液中检测CYFRA 21-1生物标志物，结果显示在10、100和1000 ng/ml浓度下，N1和N2纳米平台的DLE和NBE发射波段产生明显变化。抗体的固定化显著提高了生物识别层的浓度，从而增强了信号强度，N1和N2纳米平台在复杂基质中表现出很强的信号响应和固定化效率（图3）。研究结果表明，1DZnO纳米平台在癌症早期检测中的应用潜力，尤其是在干扰影响较大的环境中。![]()
图3.不同浓度的 CYFRA 21-1生物标志物检测的PL光谱 （A） 在1 μM PBS 缓冲液（1DZnO N1）中，（B）1DZnO N1的放大视图，以及 （C） 人工唾液（1DZnO N2）中的放大视图，（D）1DZnO N2 的放大视图。（E）N1和N2纳米平台生物功能化后获得的抗体固定效率。本文提出了一种基于一维ZnO纳米平台的CYFRA 21-1生物检测方法。该方法具有低成本、快速响应和良好的稳定性，并提供了一种非侵入性的采样方式，特别适合用于癌症及其他代谢性疾病的诊断。这项技术有望改善癌症的早期筛查，并在低收入和中等收入国家实现更广泛的普及与应用。
本研究的通讯作者是墨西哥国立自治大学AteetDutt教授，主要的研究方向为电致发光器件、太阳能电池、生物传感器等，在包括Coordination Chemistry Reviews、Green Chemistry、Materials Today 等SCI期刊上发表相关学术论文60余篇。撰写：张宏
审核：孙敏轩、刘萍萍
https://spj.science.org/doi/10.34133/bmef.0064
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BMEF (《生物医学工程前沿》)是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(SIBET CAS)与美国科学促进会(AAAS)/Science合作出版的开放获取国际学术期刊。期刊旨在为生物医学工程这一交叉学科提供一个高效的交流平台，以推动领域内的科学家、工程师和临床医学专家及时地交流，共同促进人类健康。期刊关注在致病机理研究和疾病预防、诊断、治疗及评估方面取得的突破性进展，包括概念、设备、材料、组织、过程和方法等。目前，BMEF 已陆续被DOAJ、CNKI、INSPEC、PubMed Central、Scopus、ESCI、Ei Compendex等知名学术数据库收录。2023年，BMEF的影响因子（Journal Impact Factor）为5.0，在生物医学工程（Biomedical Engineering）领域期刊排名中位于Q1区。https://spj.science.org/journal/bmef/https://www.editorialmanager.com/bmef/
