Nature子刊：开发出基于纳米颗粒的生物传感器检测胰腺癌

Nature子刊：开发出基于纳米颗粒的生物传感器检测胰腺癌

2017年2月19日/生物谷BIOON/---胰腺癌是癌症死亡的主要原因之一，这是因为在早期阶段，它通常是无法检测到的。在一项新的研究中，来自美国亚利桑那州立大学的Ye Hu和他的同事们开发出一种快速的廉价的基于纳米颗粒的胰腺癌诊断方法。这种方法部分上是利用胰腺癌释放的囊泡表面上的一种生物标记物开发的。相关研究结果于2017年2月6日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上，论文标题为“Nanoplasmonic quantification of tumour-derived extracellular vesicles in plasma microsamples for diagnosis and treatment monitoring”。

当肿瘤产生时，它们释放微小的囊泡到病人的血液中。如果生物传感器能够分离和鉴定出这些囊泡，那么利用针刺取得病人的手指血液，对所取得的血液样品进行分析，就可能潜在较早地检测癌症。Hu说，这一过程应比更加常规的活组织检查或正电子发射计算机断层扫描更加简单和更加低廉。

他解释道，所有细胞都释放囊泡，确定这些囊泡是来自健康的细胞还是来自肿瘤组织是一大挑战。如今，他和他的同事们发现胰腺癌释放出的囊泡过量表达表面蛋白EphA2。

鉴于其他的癌症研究人员和计算机蛋白组分析收集到的证据，Hu和他的团队着重关注EphA2。在这项新的研究中，他们开发出的诊断方法和诊断工具（一种生物传感器）有助进一步支持这种蛋白是源自胰腺癌的囊泡的一种生物标志物。

这种传感器由载玻片组成。载玻片被分成多个孔，每个孔中包被着捕获胞外囊泡的抗体，而且这种捕获是通过这些抗体结合这些囊泡表面上的蛋白标志物实现的。每个孔也含有对光线进行不同散射的金纳米棒和金纳米球，而且这些金纳米棒和金纳米球在显微镜下分别地发出红光和绿光。

这些金纳米棒包被着特异性地结合来自胰腺细胞的囊泡的抗体，这些金纳米球包被着结合到EphA2上的抗体。因此，来自胰腺癌细胞的囊泡能够结合这两种金纳米颗粒：金纳米棒和金纳米球。这些金纳米棒和金纳米球聚集在相同的囊泡表面上，从而导致黄光产生。

Hu和他的团队证实这种生物传感器能够区分来自健康人、胰腺癌病人和胰腺炎病人的血液。Hu解释道，在利用其它的生物标志物进行的测试中，胰腺炎经常与癌症混淆在一起。该团队报道，这种生物传感器需要最小的样品制备量，它的试剂在成本上与其它的免疫检测技术（特别是酶联免疫吸附测定）不相上下。这种生物传感器仅需1μL样品，而酶联免疫吸附测定（ELISA）需要100μL以上的样品。

不过，也有人指出这项研究是非盲法的，而且每组参与者的人数较小，大约为50人。这项小型研究的数据看起来是不错的。但是还需对更加大的样品量进行盲法分析来加以验证。

Nature子刊：直接观察到金属纳米粒子在碳载体形成和稳定

通过快速高温合成方法在碳载体上直接生成超小纳米粒子，为可规模化的纳米制造和稳定的多元素纳米粒子合成提供了新机遇。然而， 纳米颗粒在高温加工过程中分散和稳定性对机理的影响，仍是一个谜 。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20084-5

衬底-负载纳米颗粒，由于其在生物医学、能源储存和催化剂等领域的广泛应用而引起了工业界的极大兴趣。碳是最常用的导电衬底，自然也很丰富。 这种材料具有从零到三维的多种独特形态，可用于锚定纳米颗粒，并可按比例放大形成所需结构 。到目前为止，已经发展了多种方法来合成碳负载纳米颗粒，然而，如何获得尺寸和分散性均匀的纳米颗粒仍然是一个挑战。或许，可以通过引入分散剂或表面活性剂来达到这一目的。然而，溶剂合成残留物的副作用可能是有问题的。近年来，高温干法合成技术已成功用于制备纳米颗粒，包括纯金属、多组分合金甚至单原子。该方法在合成过程中不需要添加剂，不仅降低了合成的复杂性，而且实现了“清洁”的合成策略。

尽管高温焦耳加热法具有通用性和简单性，但在高温加工过程中形成粒径小、分散良好、不聚集的纳米颗粒的机理尚不清楚。 一些原子模拟，已经尝试研究金属纳米颗粒与石墨基面或缺陷基面之间的相互作用。然而，高温的影响在模拟中没有考虑。在这种情况下，这一点更为重要，因为在焦耳加热过程中，在如此高的温度下，纳米颗粒会团聚，从而降低它们的表面能量。然而，对于纳米颗粒在高温下在碳衬底上的稳定性还缺乏了解。纳米尺度的原位表征技术，特别是原位透射电子显微镜(TEM)已经显示出在前所未有的高空间分辨率下，监测各种纳米尺度材料的动力学过程的能力。

在此，研究者利用电偏压原位TEM装置，模拟高温冲击方法，并研究在此过程中纳米颗粒在碳载体上的形成和稳定性。研究发现，金属纳米颗粒的形成与非晶态碳转化为高缺陷湍层石墨同步相变(T-石墨)有关。分子动力学(MD)模拟表明：缺陷T-石墨为纳米颗粒的形成提供了许多成核位点。此外，纳米粒子部分嵌入并扎根于边缘平面，导致支架上具有较高的结合能。纳米粒子与T-石墨基体之间的相互作用增强了纳米粒子的锚定作用，并为纳米粒子提供了良好的热稳定性。

图1 电焦耳加热原位透射电镜观察Pt纳米颗粒在H2PtCl6负载的CNF上的形成。

图2 焦耳加热过程中含盐非晶CNF的结构评价。

图3 焦耳加热过程中原始非晶CNF演化的TEM和EDS分析。

图4 应用~40μW输入功率对碳纤维的焦耳加热过程进行了有限元分析。

图5 单元素和多元素纳米粒子在焦耳加热S-CNFs上的HRTEM和STEM表征。

图6 具有边缘平面的T-石墨存在下Pt团簇的形态推导。

图7原位退火法研究纳米铂在CNF载体上的热稳定性。

综上所述，研究者工作提供了纳米颗粒在非晶碳载体上的直接可视化，并阐明了非晶碳在电焦耳加热过程中超快暴露于极高温度下的石墨化细节。焦耳热在非晶碳纤维上的原位TEM研究表明，在焦耳热过程中，CNFs由于非晶-晶态相变发生体积膨胀，这也与碳载体上金属纳米颗粒的形成和稳定有关。这些发现为碳载体上金属纳米颗粒的高温快速合成及其稳定性的起源，提供了机理上的理解。（文：水生）

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