胃癌是全世界发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，腹膜转移是胃癌最常见、最具侵袭性的转移类型。胃癌的早期诊断对改善预后至关重要。小细胞外囊泡是几乎所有类型细胞分泌的纳米级磷脂双层囊泡，携带多种来源于母细胞的生物大分子（如脂质、蛋白质、mRNA/microRNA和DNA片段），在细胞间通讯发挥重要作用。胃癌患者的恶性腹水会向腹腔释放功能性细胞外囊泡，这些细胞外囊泡 会被循环中的胃癌细胞内化，并通过上皮-间质转化信号通路的异常激活诱导腹膜扩散。因此，检测胃癌患者腹水中的小细胞外囊泡非常重要。电致化学发光（ECL）技术具有灵敏度高、成本低、时空可控性强等特点，在细胞外囊泡超灵敏分析方面具有巨大潜力。近日，吉林大学化学学院马强教授课题组通过磁等离子体超构表面和外加磁场对ECL信号的动态调控，结合催化发夹自组装策略，构建了一种用于胃癌衍生细胞外囊泡灵敏准确检测的ECL生物传感器。这项研究不仅在技术上取得了创新，更在临床应用前景上展现出潜力。该工作以“Magnetoplasmonic Metasurface-Modulated Electrochemiluminescence Strategy for Extracellular Vesicle Detection”为题发表在Analytical Chemistry上 (10.1021/acs.analchem.3c05650)。论文第一作者为博士生梁子慧，论文通讯作者为马强。马强教授一直从事临床医学检验、环境检测与电化学发光技术、表面增强光谱学等交叉领域的科学研究工作。
图1. 活性磁等离子体超构表面在外加磁场下检测细胞外囊泡和调制ECL信号示意图在这项工作中，以氮点为ECL发光探针，以Fe3O4@Au纳米粒子为结构单元组装磁等离子体超构表面，其具有表面等离激元耦合效应和基于空腔的珀塞尔效应，可以提供高强度的电磁热点。同时，由于Fe3O4的强磁响应，外加磁场会诱发局部磁场，从而产生作用在自由电子上的洛伦兹力。洛伦兹力可以改善电场极化，导致超构表面总电场的变化，有效调制了等离子体频率，实现对ECL信号的动态调节并在特定偏振角下显著增强发光信号。基于发光调制能力，该超构表面被建立为细胞外囊泡检测的传感界面。检测过程如图1所示，MUC1适配体能特异性识别并与MUC1过表达的胃癌衍生的细胞外囊泡结合，辅助DNA（aDNA）从MUC1适配体-aDNA中释放出来，触发修饰在超构表面的发夹DNA1和连接发光探针的发夹DNA2的自组装。引入体系的发光探针产生ECL信号，激活超构表面，其数量与小细胞外囊泡浓度有关。利用该传感器在胃癌腹膜转移患者的腹水中检测到大量MUC1阳性的细胞外囊泡。表明磁等离子体超构表面调制ECL策略在真实样本分析中具有良好的可靠性和可行性。总之，这项研究设计组装的活性磁等离子体超构表面在外加磁场下能有效调节ECL信号，大大提高了ECL分析的灵敏度和信号分辨率。磁等离子体超构表面结合了表面等离激元耦合效应、珀塞尔效应和洛伦兹力效应。利用调节后的高分辨率ECL信号，建立了用于细胞外囊泡检测的生物传感体系，实现了胃癌小细胞外囊泡的高灵敏、高特异性检测。作为调制ECL信号的一种新探索，磁场辅助磁等离子体超构表面在纳米电子学、纳米声学和生物传感领域具有巨大而广泛的应用潜力，为光学调制和生物医学传感器设计提供了新启示。Magnetoplasmonic Metasurface-Modulated Electrochemiluminescence Strategy for Extracellular Vesicle Detection, Anal Chem. 2024 Mar 15. doi: 10.1021/acs.analchem.3c05650.外泌体资讯网 Anal Chem | 吉林大学马强教授团队：磁等离子体超构表面动态调控ECL信号策略用于胃癌小细胞外囊泡的检测研究
