乳腺癌严重危害女性健康，发病率逐年上升。早诊断早治疗是提高存活率的最佳方案。近些年，外泌体已被证明可作为癌症诊断的标志物。外泌体是以细胞“内吞-融合-外排”方式产生的一类直径为30-150nm的细胞外囊泡（EV），在细胞通讯和组织微环境调节中发挥着至关重要的作用。外泌体含有的蛋白质、核酸等物质可以追溯到起源细胞，反映疾病进展和预后，为监测细胞或组织的病理变化提供了一种方法。因此，外泌体分析在诊断、治疗和预后方面具有巨大的潜力。
空芯微结构光纤（MOFs），特别是空芯反谐振光纤（HcARF）的宽带传输、低延迟、低非线性、低传输损耗和低色散等独特优势，在为突破光通讯瓶颈提供解决方案的同时，其还可以将微流体和光波导协同结合在一根光纤中，具有平面光流体配置无法达到的光路长度。作为一种光波导，HcARFs可以使光严格限制在纤芯内传播，极大地增强了光与物质相互作用效率；作为微流体通道，HcARFs可以实现nL-µL水平的样品测试，无需样品池。因此，HcARFs在生物、化学、气体、应变和温度传感领域的具有强大的应用潜力。
近日，北京工业大学王秀红教授团队在国际权威期刊ACS Sensors上发表了题为“Giant enhancement of Raman scattering by a hollow-core microstructured optical fiber allows single exosome probing”的研究论文。（DOI：https://doi.org/10.1021/acssensors.3c00131）。该团队利用空芯反谐振光纤的极强的光限制能力与长度累积效应制作了一款“光纤捕获基底-外泌体-SERS探针”三明治结构的光纤传感平台，并将该平台乳腺癌细胞SKBR3（异常过表达HER2蛋白）外泌体的特异性检测，实现了单个外泌体的检测极限。此外，还利用该检测平台实现了多种细胞外泌体表面蛋白表达谱的分析，可以为癌症的精准分型和治疗提供依据。文章通信作者为北京工业大学王秀红教授，第一 作者为北京工业大学研究生夏知文。
该论文首先阐述了空芯反谐振光纤对拉曼光谱的增强作用。与平面基底相比， 空芯反谐振光纤（HcARF）可将拉曼信号增强三个数量级以上。这主要归功于该光纤强大的光限制能力（可以将光与物质的作用最大化）和光纤长度的累积效应。团队利用这种增强作用，并结合表面增强拉曼散射机制（SERS）实现了信号双重放大作用。
该论文介绍了夹心型传感界面的构建：包括光纤内壁功能化的捕获界面、SERS探针的制备以及外泌体传感，见示意图。光纤捕获界面可以有效地将外泌体固定在光纤内，SERS探针可以特异性地识别SKBR3细胞的外泌体，用785nm激光激发光纤内信号，光纤的拉曼增强作用和SERS的协同效应，可以实现高度灵敏且特异性的外泌体检测。而且这种方法还具有选择性高，稳定性好（不受外界电磁场的干扰）等优势，为外泌体的分析研究提供了一种新方法。
进一步通过改变SERS探针上的特异性核酸适体制备了不同类型的拉曼探针，并实现了对癌细胞T47D、MCF-7、MDA-MB-231、SKBR3、Panc-1和正常细胞NIH3T3的外泌体表面多种蛋白（HER2、ER、MUC1、EGFR、EpCAM）的同步检测，并绘制了蛋白质表达谱。该蛋白质表达谱有望为癌症的精准诊断和治疗提供有用信息。
参考文献：
Giant Enhancement of Raman Scattering by a Hollow-Core Microstructured Optical Fiber Allows Single Exosome Probing, ACS Sens. 2023 Apr 5. doi: 10.1021/acssensors.3c00131.
外泌体资讯网 ACS Sensors | 北京工业大学王秀红教授团队：空芯微结构光纤拉曼增强效应实现高灵敏度癌症外泌体检测
