Nanoplasmonic精密医学生物传感器
Yiran肖
Zongming张2,
形意拳马- 1科学学院、哈尔滨工业大学、深圳、广东,中国
- 2Biosen国际,济南,山东,中国
- 3Briteley生命科学学院、烟台,山东,中国
Nanoplasmonic精密医学生物传感器有一个巨大的推动,医生可以在分子水平上更好地理解疾病和提高早期诊断和制定治疗方案。不像传统的生物传感器,nanoplasmonic生物传感器满足全球健康产业的需要低成本、快速和便携式方面,同时提供多路复用、灵敏度高和实时检测。在本文中,我们描述了常用检测方案基于局部等离子体共振(LSPR)和基于LSPR突出三个传感类。然后,我们现在最近的应用等其他传感方法nanoplasmonic等温扩增,CRISPR / Cas系统,芯片上的实验室和酶联免疫吸附试验。nanoplasmonic-based集成传感对多种方法的优点进行了讨论。最后,我们回顾当前nanoplasmonic生物传感器在精密医学中的应用,如DNA突变,疫苗评价和药物输送。nanoplasmonic生物传感器和当前所面临的障碍的对策进行了讨论。
1介绍
精密医学承诺改善健康通过考虑个体差异在遗传学、环境和生活方式(丹尼和柯林斯,2021)。这一新的医疗模式提供疾病预防和早期诊断患者通过结合最新的分子遗传检测技术。各种疾病的分子机制是揭示通过遗传物质序列的特征和他们的产品,例如,BRCA1和BRCA2基因突变可引起病人有患乳腺癌和卵巢癌的风险增加(da Costa et al ., 2020)。因此,他们的检测提供了一个更深入、更全面的了解疾病的风险。适当的诊断检测工具的个人特定的生物指标帮助医生更准确地解释情况。
精确的诊断是精确治疗的前提下,以满足其需求,检测工具需要高灵敏度、特异性和快速分析。最重要的是,它可以在活细胞跟踪和量化个人信息。Nanoplasmonic传感是一种高空间分辨率光学技术基于局部表面等离子体共振(LSPR) (Akkilic et al ., 2020)。自LSPR散射光对周围的媒体非常敏感,绑定微量生化分子的纳米颗粒(NP)表面导致当地的折射率的变化。这种变化反映在label-free的可用性和实时介绍生物大分子(马et al ., 2015)。因此,电浆纳米颗粒(pnp)可以作为光散射探针相互独立的分子检测以及其他交互分析。
pnp型的光学属性可以修改通过改变他们的组成、形状和大小,以及不同的pnp型适用于不同的情况。黄金纳米粒子(Au)、银(Ag)和铜(铜)作为典型的电浆材料,具有显著的光吸收能力的可见区域(王et al ., 2023)。由于电子振荡,不同形状和大小的nanoplasmonic,如传统的粒子,棒贝壳和恒星,将特殊的光学现象源于几何异构(Sharifi et al ., 2019)。通过研究的动态行为nanoplasmonic实时在单分子水平,是很重要的对于理解生物活细胞和组织的行为和发展小说nanoplasmonic生物传感器。
在本文中,我们描述nanoplasmonic生物传感器的原理,讨论了利用nanoplasmonic生物传感器结合其他检测工具,近年来在精密医学研究进展,并提供一个挑战和未来发展的前景nanoplasmonic生物传感器(图1)。
图1。Nanoplasmonic精密医学生物传感器。
2 Nanoplasmonic传感
2.1局部表面等离子体共振
精密医学需要实时、和高度敏感原位生物检测的重要物质,若提出了新的要求。近年来,纳米技术的快速发展提供了新的机遇。Nanophotonics-based LSPR传感使极微小的结构,这种组合的纳米材料的独特的光学和电学性质导致了广泛应用在医学诊断和治疗,分子生物学和细胞生物学(苏et al ., 2017)。
表面等离子体共振(SPR)和LSPR都是由光与金属表面的相互作用引起的。当光通过介质(如空气或水)的金属表面,与某些金属(如Au)、导电带电子的集体振荡发生在金属与介电质间的接口(马和Sim卡,2020)。如果光线是局限于一个很小的区域的金属纳米颗粒的表面,它叫做LSPR (图2一个)。LSPR远短于SPR的隐失场。这表明LSPR只能察觉到几十纳米的距离比微米SPR的感知范围(杰克曼et al ., 2017;Bousiakou et al ., 2020)。换句话说,若由于SPR检测范围大,SPR可以探测生物分子不绑定到传感器表面,导致假阳性(图2 b)。其次,由于SPR很难满足等离子体共振条件下,光的动力需要增加了自适应光学(如光学棱镜)(图2 c)(Chauhan Kumar辛格,2021)。这是一个工程挑战,增加应用程序的复杂性。
图2。LSPR技术相比,SPR的优点。(一)局部表面等离子体共振。(B)相比LSPR SPR的感知范围。(C)自适应光学在LSPR和SPR之间的区别。
2.2类型的LSPR-based传感器
大多数LSPR传感执行对金纳米粒子(AuNPs)或银纳米粒子(AgNPs)。AuNPs和AgNPs广泛应用因为强烈的荧光猝灭,共振和抗氧化性能。(允许和索尼,2015;Fai和库马尔,2021;库尔特et al ., 2021)。最重要的是,他们很容易吸附生物分子如蛋白质、核酸和其他物质,但仍保留其光学性质。稳定的纳米粒子可以作为传感器来监测生物分子相互作用引发的光信号,通过LSPR-sensitive设备。
基于LSPR有各种传感检测原则,其中典型的类型的使用LSPR吸光度读出信号,共振转移产生的折射率变化(折射率传感)和field-enhanced光辐射特征(例如,表面增强拉曼散射,ser) (苏et al ., 2017;马和Sim卡,2020)。
纳米粒子利用LSPR吸光度读出信号通常规模较小,他们在缓冲区,更加稳定,缩短检测时间。纳米颗粒通常是由色度变化监测的灭绝或紫外可见光谱(Borghei Hosseini, 2019)。报道一个肉眼检测microrna的阅读方法源自量子点CdTe光诱导的LSPR可溶性金纳米粒子(图3一)。量子点CdTe AuNPs的灭绝乐队带来了影响,和协会的各种量子点浓度mir - 155和CdTe产生不同的灭绝AuNPs乐队(Kumar et al ., 2021)。报道一个敏感光纤LSPR-based生物传感器的检测志贺氏杆菌。他们利用纳米材料和二硫化钼(金属氧化物半导体的涂料2)来帮助激发局部等离子激。
图3。ser传感器在癌症诊断。(一)解散电浆与水AuNPs分裂机制通过热电子注入通过使用量子点CdTe光诱导,量子点和灭绝群dsDNA-green复杂形成mir - 155目标(右)。与许可复制(Borghei Hosseini, 2019)。(B)示意图说明单NP传感识别单点(左)和DNA突变LSPRλmax转移(右)。与许可复制(马et al ., 2019)。(C)使用exosome-SERS-AI test-multi癌症(左)和代表ser光谱(右)。与许可复制(Shin et al ., 2023)。
根据米氏理论,贵金属纳米粒子的等离子体共振频率频率密切相关,周围介质的折射率(苏et al ., 2017)。散射光谱将改变折射率的变化。核酸检测散射信号变化远远大于通过吸光度的变化。AuNPs的大小和AgNPs感觉到散射信号的变化通常比那些被吸光度的变化。这是由于纳米粒子需要足够的精力充沛,这样每个粒子的光散射信号在暗视野显微镜下可以观察到(DFM) (马et al ., 2019)。报道点突变的方法快速识别单个bridge-like AuNP传感器合成DNA的指导(图3 b)。这高折射率敏感的生物传感器能够检测protein-DNA交互和检测DNA单点突变(Funari et al ., 2020)。开发了一个微流控光学传感平台。黄金nanospikes这个平台制作使用的电沉积方法来检测某一特定抗体的SARS-CoV-2高峰在人血浆蛋白在30分钟。黄金LSPR波长峰值转变nanospikes随抗体的浓度在不同的目标,这是由于当地的折射率变化由于抗原抗体绑定。同年(Versiani et al ., 2020),进行了基于LSPR纳米传感器,能够区分血清学登革热和Zika病毒感染之间的关系。在ELISA-plate分光光度计读数可以获得不需要特定的设备。近年来,研究人员已经改善了折射率灵敏度通过改善金纳米粒子的大小和形态,并逐渐朝着小型化的实验设置。
由于拉曼分析不能检测分子超低浓度的解决方案,开发了表面增强拉曼提高拉曼检测的灵敏度(Zhang et al ., 2019)(Balderas-Valadez et al ., 2018)。当LSPR光谱匹配吸附分子的吸收波长,一些生物传感器可以探测等离子体场增强效应所引起的拉曼信号,除了信号的内在LSPR等离子体。ser的能力增强拉曼信号由几个大小通过等离子体激发导致伟大的科学兴趣知道这种改善的基础(兰格et al ., 2020)。ser一直以各种方式用于癌症诊断。许多研究小组试图使用ser在医学诊断检测癌症生物分子在血液、唾液和尿液(Constantinou et al ., 2022)。(Moothanchery et al ., 2022)小组开发出一种快速单峰值拉曼技术结合珠蛋白上皮卵巢癌的诊断,预后生物标志物。结合珠蛋白浓度在卵巢囊肿液可以使用一个测试和量化在体外基于拉曼光谱。而不是使用等离子纳米粒子增强内在软弱的拉曼信号如前所述,该系统是由纯量化的三甲的拉曼信号强度。不过,可以看出,低成本的发展和便携式系统ser设备发展的方向。然而,逻辑多元化验有超过三个生物标志物仍具有挑战性的(龚et al ., 2015)。(林et al ., 2021 a)开发了一个0.3厘米直径nanogel矩阵,可以进一步加强和稳定的拉曼信号。这nanogel衬底可以捕获ser纳米粒子对应的蛋白水解活性基质金属蛋白酶(MMP),协助医生获得目标的低浓度MMP指导后续治疗。和最近,ser已经进一步发展与人工智能对癌症诊断(Shin et al ., 2023)。演示了一个液体活检诊断方法结合AI和ser 6早期癌症通过label-free分析等离子体液(图3 c)。最近的文章强调了需要继续探索性能不仅在金属纳米材料的结构,但也关注集成、小型化和降低成本的传感器实际应用。在这方面,一次性的,独立的集成传感的也许是最实用。
3 nanoplasmonic与其他方法的集成
局部增强的光学字段显示在金属纳米结构被用于大量的研究领域。在单分子若PNP型是一种最研究与高灵敏度label-free平台(Akkilic et al ., 2020)。不仅如此,nano-plasmas的进步,越来越多的生物诊断集成,极大地推动了不同学科交叉的发展。
3.1等温扩增
主流等温扩增技术包括loop-mediated等温扩增(灯),重组酶聚合酶放大(战)和helicase-dependent放大()注重科技进步,等(赵et al ., 2015)。等温扩增的整个过程总是在一个温度,和快速的核酸扩增可以通过设计适当的特定的引物和添加活性的酶。促进和提高他们的性能,介绍了各种纳米材料在等温核酸扩增,主要为反应剂,信号生成/放大或加载面载体(Zhang et al ., 2022)。
Alafeef et al ., 2021报道逐步协议快速和肉眼分子诊断COVID-19 RNA-free提取nano-colorimetric测试。麻生太郎的绑定特定的N-gene SARS-CoV-2,其目标序列导致电浆AuNPs的聚合。这样的高聚合过程导致纳米粒子的电浆反应的改变。第二年(你们et al ., 2022),报道一个强大的基于DNA杂交的传感方法灯扩增子核酸检测,称为电浆灯。Au-Ag合金开发nanoshells等离子传感器和显示分子量凝胶图像(标准模式图4一)。然而,则表现出更快的检测相比,75分钟的反应时间灯上面描述的方法(吴et al ., 2021)。开发了一种电浆等温战阵列芯片,可以完成快速分子检测多路复用。3 d电浆基质组成AuNPs密集的黄金nanopillars节目高度强化iso-excited增强荧光的狙击枪的产品。
图4。Nanoplasmonic集成策略。(一)示意图说明Au-Ag壳增长基于电置换反应(左)和凝胶电浆灯(右)的图像。与许可复制(你们et al ., 2022)。(B)MOPCS的方案。与许可复制(陈et al ., 2022)。(C)Ab-PfLDH-aptamer三明治的草图方案(左)和免疫测定的校准曲线PfLDH(右)。与许可复制(Minopoli et al ., 2020)。(D)红外光谱谱的牛血清白蛋白(BSA)(左)和QCLD设备(右)的示意图。与许可复制(Hinkov et al ., 2022)。
nanoplasmonic在等温扩增的应用是广泛的和有效的。因为nanoplasmonic显著增加了敏感性等温扩增。但是传统的等温扩增需要净化的核酸和凝胶电泳,虽然放大时间缩短,结果表明,它需要大量的时间。研究人员将利用等温扩增速度快的通过结合nanoplasmonic和使用荧光显微镜进行简单的测量。然而,在等温核酸扩增的溢出和复杂的实验室设备的缺乏仍然紧迫的问题。
3.2 CRISPR / Cas系统
最新进展定期在集群空间短回文的重复序列(CRISPR)和CRISPR相关酶(Cas)暴露了独特的附带DNase Cas的活动(Zetsche et al ., 2015;陈et al ., 2018)。众所周知CRISPR技术机制的结合ca酶与导游RNA (gRNA)。这个复杂的可以通过protospacer-adjacent主题识别和裂解位点的DNA序列(PAM)。CRISPR的丰富和多样化的性能/ Cas系统使他们不仅重要基因编辑,但也为单分子传感方面显示了很大的潜力。
近年来,尽管不同的方法检测DNA突变如SPR和ser也被开发出来,这些方法需要昂贵的设备和不允许的保健(POC)的应用程序(李et al ., 2014;Moitra et al ., 2022)。(周et al ., 2022)开发了一种CRISPR / Cas9-based视觉比色平台,专门检测单碱基突变。进一步增强了视觉效果使用HRP-gold纳米颗粒复杂修改(hGNPs)和生物素探针(Bioprobe)和RCA杂交产品磁选。同样,同年(陈et al ., 2022),证明方法的光子CRISPR传感(MOPCS)和特定的快速诊断SARS-CoV-2(ο变体的图4 b)。这种单碱基突变的应用识别能力强调潜在的亚种精密检测应用程序,是一个了不起的新发现,可能在未来大规模取代PCR病毒筛查。
除此之外,nanoplasmonic还扮演了一个角色在病毒检测通过增强颜色开发(李et al ., 2019),描述了一种新的plasma-based CRISPR Cas12a测定比色检测红斑的感染。这种传感策略生成一个快速和特定的核酸扩增子结合色度信号Cas12a′年代独特targeting-induced单链DNase活动与等离子体耦合DNA-functionalized AuNPs。然而,在肿瘤治疗中,直接SHP2和Elaiophylin进一步证实了SPR (李et al ., 2022)。这导致一个理性的卵巢癌的治疗策略(道et al ., 2022)。多分支合成金纳米复合材料,不仅有明显的等离子体共振NIR-II窗口也控制的交付CRISPR-Cas9增效基因光照疗法。
Nanoplasmonic与CRISPR集成可能是未来的发展趋势。首先,相比传统CRISPR策略的帮助下信号放大放大,这是容易气溶胶污染,nano-plasma组合达到增强灵敏度没有放大的方式不同。其次,传统nano-plasma传感通常需要使用精密和复杂的仪器,同时为可视化和CRISPR系统有巨大的潜力原位检测。具有高度的敏感性和准确性,都好补充的特点。令人兴奋的是,除了诊断进展,nanoplasmonic和Cas-led基因编辑的协同治疗方法也取得了良好的效果,这是驱动精密医学的发展。
3.3 ELISA
酶联免疫吸附试验(ELISA)是一个全面的技术,结合了抗原和抗体的免疫反应和酶的高效催化反应。纳米材料的一个共同特征是高的比表面积,使得探针的固定和提高检测性能通过增加灵敏度(李et al ., 2020)。探索nanoplasmonic超灵敏检测的蛋白质生物标记的策略似乎更具挑战性比DNA检测。
烹调的菜肴et al ., 2020报道,电浆纳米结构可以用作“附加组件”标签为各种生物分析,提高信噪比和可变范围没有改变他们的工作流和阅读设备。同年(Minopoli et al ., 2020),描述一个isoexcite-enhanced荧光免疫传感器检测恶性疟原虫乳酸脱氢酶(PfLDH),专门和超灵敏的全血(图4 c)。生物传感器达到< 1 pg / mL的检出限(< 30调频)没有任何样品预处理和很高的特异性。此外,(李et al ., 2020),设计了一个与催化等离子体nanoplatform发夹组装(CHA)放大反应和检测极限提高到1.0×10 -4pg / mL的丙型肝炎病毒(HCV)感染的早期诊断,检测灵敏度是更好的比商业ELISA试剂盒。的积极性83.3%电浆nanoplatform高于ELISA的53.3%。电浆纳米结构的候选扩展femtomolar荧光检测极限水平。
肉眼检测,没有任何光学读出装置,这种传感方法的另一个优点,显著地降低了分析成本,使其可行的在资源有限的环境中。尽管新兴电浆ELISA是一个候选诊断因其前所未有的敏感性和易于处理、单峰比色读数,主要依靠非盟的单分散或聚集状态或Ag纳米粒子保持有限的在临床应用中由于不确定实验和环境因素导致可怜的准确性。
nanoplasmonic生物传感器的未来方向依赖于快速、敏感,和部署策略,不仅有助于实现单分子敏感性体外生物分析和揭示在生物分子的相互作用,但也适合大规模应用。这需要跨应用多种技术和检测设备的持续改进来补充生物传感器的明显的缺陷,因此表现出更大的潜力集成、可移植性,在nanoplasmonic生物传感器和标准化。令人惊讶的是,与纳米材料生物相容性和长期稳定的发展,跟踪单个目标分子将最终为精密诊断和治疗开辟新的路径。
3.4芯片上的实验室
微流控芯片是一个操作或处理少量的流体通过渠道数十到数百微米的尺寸,和也被称为芯片上的实验室(LOC)。近年来,地方技术的进步推动了小型化的发展分析设备(怀特赛兹教授,2006;廖et al ., 2018)。(Hinkov et al ., 2022不仅)提出了一个完整的单片集成中传感器将这些功能集成到一个小型设备(图4 d)。通过结合激光,互动区,探测器在一个芯片上,通过使用电浆波导,避免传统的芯片级的衍射限制典型的光子系统。他们取得了新一代快速液体指尖大小的传感器(< 5×5毫米2)新一代快速液体传感器。然而,由于大多数光学架构的过于简单化的性质,小型化系统通常能够远远少于等效系统桌面实验室(图阿et al ., 2023)开发了一种紧凑型电浆“彩虹”芯片的快速和准确的双重职能光谱遥感能够超越传统的便携式光谱仪在特定条件下。系统有潜力成为集成与智能手机和LOC系统开发原位分析应用程序。
尽管LOC已取得了实质性的进展改善检测吞吐量,减少成本和时间,和简化操作,提高敏感性在微流控芯片集成nanoplasmonic仍然不可以忽略不计(Garcia-Lojo et al ., 2020)。ser制作微流控芯片通过集成电浆supercrystals label-free和超灵敏检测的微流控通道内(王et al ., 2021)。提出的奈米棒阵列集成微流控芯片用于快速、敏感的生理流分析相关的大分子。浓密的金纳米棒阵列可以很容易地由一步斜角沉积,从而消除要求先进光刻的方法。
4在精密医学中的应用
4.1 DNA突变
基因诊断(如DNA突变)精确的预防和治疗是以准确确定个人基因信息的能力,因此基因诊断精度的基础医学(刘et al ., 2020 b)。目前的基因检测是专注于肿瘤患者和罕见的单基因疾病测试。在未来,测序的预期成本从500年的2021美元减少到2030年的20美元,基因检测将成为常见的测试项目在诊断场景如常见疾病和用药指导(丹尼和柯林斯,2021)。
科学家认为,识别特定的点突变,缺陷和核酸修改正变得越来越重要,因为许多序列确认为临床生物标志物(科赫et al ., 2018;罗et al ., 2018)。10% - -30%的自发的癌症相关基因突变在各种不同的组织(Hollstein et al ., 2017)。大多数方法来识别基因突变依靠传统的测序(施密茨et al ., 2018)。然而,这些措施仍然是复杂的,这限制了其在临床使用。随着nanoplasmonic生物传感器的发展,研究人员希望通过合理的设计解决这个挑战电浆纳米结构。他们有效地提高折射率灵敏度,使他们更敏感比相同大小的nano-plasmas (马et al ., 2019)。报道一种快速方法通过AuNP传感器识别点突变(图5一个)。DNA-directed黄金水晶形式结构设计棒状纳米粒子与基于结构的桥梁。这样的电浆纳米颗粒实现高折射率监测微量的protein-DNA绑定不受干扰。类似的(刘et al ., 2020 b电浆纳米结构),提出了结合活跃,爵士和聚合酶链反应(PCR)识别和分类BRAF V600E和野生型突变体基因使用统计工具。在四个不同的形状,nanostar表现出最高的ser活动由于其高度各向异性结构。检测极限可以低至100份目标DNA序列。
图5。(一)可识别检测的八个单点突变。与许可复制(马et al ., 2019)。(B)同时检测多个microrna的目标。与许可复制(陆et al ., 2021)。(C)原理图的MNP@Au nanostars合成步骤,药物绑定,NIR-triggered药物释放(左)和药物释放后与近红外照明。与许可复制(Tomitaka et al ., 2020)。(D)术中拉曼成像后的残余microtumors外科切除的原发性肿瘤。与许可复制(邱et al ., 2018)。
除了高精度检测单碱基突变,因为纳米孔在当地折射率微小变化敏感,新颖的纳米孔测序了高通量核酸测序技术开辟新的途径(Garoli et al ., 2019)。Arif大肠Cetin等人描述一个label-free测序平台集成了一个基于无镜片成像设备(Cetin et al ., 2018)。中的光谱转变传输共振大幅减少引发的纳米孔传输响应不匹配造成的链霉亲和素的光谱窗口在附件。这个平台可以可靠地识别目标脱氧核糖核酸通过监控等离子体衍射图像。纳米孔测序需要适应固态纳米孔的物理和化学性质及其兼容大规模生产在未来发展克服当前电子读数的局限性,强调潜在优势。
4.2癌症生物标志物的诊断
癌症生物标志物的诊断是至关重要的实现疾病的早期预防、监测进展和治疗干预措施的有效性。电浆传感器展示了一系列广泛的分析能力,从快速比色读数代单分子敏感性在超低样卷,这使得他们越来越多地探索在癌症生物标记(卡斯卡特和陈,2020)。大量的生物标记已经发展为癌症诊断,如微rna (microRNA),液,循环肿瘤DNA (ctDNA)和循环肿瘤细胞(ctc) (Bellassai et al ., 2019)。例如,ctc的存在,其表型异质性表明不同的侵袭性,揭示了阶段的癌症和转移(Poudineh et al ., 2017)。其中,microrna的研究进展迅速。现在有显著进步microrna的生物传感器的应用在乳腺癌、肺癌和结肠直肠癌Borghei Hosseini, 2019;黄et al ., 2021;Azzouz et al ., 2022;Ekiz Kanik et al ., 2022)。microrna,单链短长度的非编码RNA分子(通常对年龄在18岁至25岁之间核苷酸长度),有一个关键的角色在细胞凋亡、增殖、分化、侵袭和迁移的细胞(卡柏和凯勒,2017)。因此,microrna是一个潜在的重要指标区分良性和恶性肿瘤在某些情况下(黄et al ., 2021)。然而,microrna的检测仍然是复杂的microrna的短长度和低丰度和高序列相似性同一家族的成员(D 'Agata Spoto, 2019)。原则上,等离子体传感器的操作依赖于感知当地的介质环境的变化。microrna不同序列中只有一个基地预计将显示几乎相同的折射率,因此应该在当地的介质环境变化相同。
陆et al ., 2021报道使用单个磁珠覆盖着一层等离子体作为多路复用微反应器(图5 b)。microrna将导致相应的ser记者国民生产总值的具体获取专门捕捉到上皮细胞层,这将大大提高ser信号引起的microrna的目标。这个信号将显微共焦拉曼显微镜映射。这种方法实现高精度g-sensing sub-pM目标的多路检测。随后,attomolar-level化验报告(Ekiz Kanik et al ., 2022),开发了一种高度敏感和多路数字芯片使用电浆Au纳米棒作为标记,使高精度两微rna (microRNA - 451 a和microRNA - 223 - 3 - p)检测。粒子跟踪地址生物标志物的敏感性限制低亲和力但丰富的背景知识分子的存在。microrna是10 attomolar和总孵化时间从5小时减少到35分钟。
4.3病毒检测
病毒的传播和扩散已成为全球生物安全风险,与当前COVID-19流行为例。SARS-CoV-2不仅是一种RNA病毒,可以传播病毒颗粒的吸入飞沫排放到空气中,通过气溶胶携带病毒的飞沫,还能存活长达3 h,并通过日常个人接触污染的表面(刘易斯,2020;普莱瑟et al ., 2020)。高水平的抗原漂移SARS-CoV-2允许病毒病原体可能会发现额外的传输模式和更加致命的(Yewdell 2021)。成千上万的世界各地不同类型或变体SARS-CoV-2,病毒的变异强调迫切需要设计有效的疫苗,开发早期快速诊断方法和有效的抗病毒和保护疗法(Yakoubi Dhafer, 2023)。在这方面,纳米技术领域可以诊断和治疗之间的一座桥梁在打击COVID-19和内外可以提供了许多解决方案。
Nanoplasmonic有抗病毒活性对前冠状病毒和许多其他类型的病毒,和通过研究光电化学特性的电浆纳米粒子表面等离子体共振效应,他们可能提供新视角应对COVID-19作为药物载体,是一种有效治疗早期检测的一部分。一方面,它是基于金属表面的检测。例如(黄et al ., 2021),开发了一种一步法快速、直接的方法使用激增SARS-CoV-2病毒粒子的光学测量蛋白特异性nanoplasmonic生物传感器,它要求几乎没有样品制备。灵敏度下降到15副总裁/毫升。另一方面,检测是基于自组装金属结构。例如(Funari et al ., 2020),开发了一种label-free微流体传感平台与黄金nanospikes捏造通过电沉积,在目标抗体的浓度可以与LSPR相关峰值波长移位的黄金nanospikes由于局部折射率变化引起的抗原抗体绑定。平台实现的检测极限∼0.08 ng / mL(0.5∼点)。为了进一步提高灵敏度(邱et al ., 2020二维金),使用互补DNA receptor-functionalized nanoislands (AuNIs),可以准确区分选择序列的SARS-CoV-2核酸杂交检测极限低0.22点。
在外部环境方面,现有的个人防护设备可以是一个有效的措施抑制SARS-CoV-2的蔓延,但是没有固有的抗菌效果只能暂时保护用户(Yakoubi Dhafer, 2023)。因此,抗病毒表面涂层的发展和灭活SAS-CoV-2 self-sterilizing表面是高需求的问题。在这些方面,一些研究已经提出了突出的使用等离子体金属纳米粒子与聚合物和纺织品,扮演一个角色在表面(减少病毒的生存托莱多et al ., 2020;Ulucan-Karnak 2021)。普通口罩和N95呼吸器通常缺乏self-sterilizing属性,和水滴仍然可以继续纤维(钟et al ., 2020)。等离子光热光谱分析报告和超疏水涂料N95防护口罩,在超疏水性能防止飞沫口罩表面的积累和银纳米粒子的存在提供了额外的保护微生物通过银离子的消毒。电浆加热可以提高呼吸机表面温度超过80分钟内1°C的阳光照射。这种方法提供了更大的长期保护,提高可重用性和抗菌活性的面具。
4.4评价疫苗的有效性
尽管COVID-19疫苗已经大大改变了流行病的斗争,对许多人来说有犹豫接种(费舍尔et al ., 2022)。检测疫苗(佐剂和抗原)因此在免疫治疗和基础研究的关键可能影响人们在多大程度上适应将来疫苗(沈et al ., 2021)。同时,抗体检测的发展是至关重要的监测和流行病研究,评估和持久性所需的抗体免疫水平,并评估疫苗的有效性。似乎有更少的信息评价nanoplasmonic生物传感器方面的疫苗功效,可能是因为困难等评估抗体成熟和区分最近从旧感染,但这仍然是非常重要的。
公园et al ., 2021执行LSPR评估实时吸附牛血清白蛋白(BSA)使用氧化铝,氧化铝和二氧化硅表面silica-coated银nanodiscs数组与电浆性质。更严格的附着BSA蛋白质涂层表面形成氧化铝纳米材料。帮助指导蛋白质涂料疫苗的开发。抗体和抗体亲和力化验也在疫苗中使用的等离子体(刘et al ., 2020 a)。同时检测到抗体主轴S1亚单位和SARS-CoV-2受体结合域在人类血清和唾液的近红外荧光放大质子盟基质,并从SARS-CoV-2量化免疫球蛋白对冠状病毒抗原亲和力,SARS-CoV-1和普通感冒病毒。大多数研究涉及疫苗的效力和有效性突变株是未知的。此外,COVID-19持续时间越长,越有可能新突变协助病毒逃避免疫反应就会出现。因此,进一步研究不同类型的疫苗和cross-vaccination是必要的。
4.5药物输送
由于扩大nanoplasmonic生物传感器的成像和诊断能力以应对外部刺激,他们已经被探索按需药物检测(Asadishad et al ., 2021),耐药性分析(欧阳et al ., 2023),药物减少磨损(李et al ., 2021),药(图5 c)(Tomitaka et al ., 2020)和毒理学分析(马斯特森et al ., 2021)。由于个体差异,如药物史、年龄、和其他因素,常规剂量的药物可能不合适,这可能会导致器官损伤或其他并发症的病人。
目前纳米药物对患者的数量远低于预测的领域,部分原因是动物和人类之间的转化差距研究(Mitragotri et al ., 2017)。克服患者的异构生物、微环境和细胞障碍也是通过精密治疗(米切尔et al ., 2021)。结果,批准的纳米药物建议作为首选的治疗方法,很多条件改善的只有一小部分病人。然而,nanoplasmonic开发可以开始优化药以更个性化的方式,进入精密医学的时代。汗水通常包含大量的生化物质(如电解质、代谢物、蛋白质和药物),并能反映人体生理条件(肖et al ., 2023)。实现同步监测生命体征与汗水采样和对乙酰氨基酚药物。一些治疗nanoplasmonic旨在促进粒子积聚和渗透通过改变肿瘤微环境,从而提高药物疗效或敏化肿瘤特定的疗法。例如(陈et al ., 2019光热光谱分析NPs),用来提高嵌合抗原受体的渗透和活动(汽车)T细胞对实体肿瘤。类似的(威尔逊et al ., 2016)报道,肿瘤相关内皮细胞可以被小分子核糖核酸交付NPs改变肿瘤血管系统,从而使敏感肿瘤传统癌症疗法。
总之,引入nanoplasmonic临床翻译为特定患者群体可以加速开发。先进的基因组测序和生物标志物诊断允许适当的选择治疗患者的疾病,如前所述。精密医学药物输送的发展应该是一个高度可定制的过程。这种精心设计的方法使治疗药物的药物代谢动力学情况进行调优,以满足溶解度,交付或biodistribution需求。
4.6分子成像
Nanoplasmonic SPR和LSPR成像应用于显微成像技术在生物学和生物化学改善荧光成像技术的关键属性(如灵敏度和分辨率)(安et al ., 2021)。SPR和LSPR成像正积极研究中使用监控功能化的表面性质的变化与特定标记成像(如DNA固定/杂交过程和antibody-antigen交互)(青木et al ., 2019;周et al ., 2019)。在最近的研究中,改善nanoplasmonic元素荧光成像技术已达到超分辨率成像的水平,推动衍射极限(Brettin et al ., 2019)。例如(儿子et al ., 2019附近),表明hyperlocalized字段与电浆纳米孔阵列(机构)研究神经元线粒体运输。与传统的成像技术相比,PNAs创建hyperlocalized梁的大数组,并允许采样和提取近实时3 d线粒体动力学。分辨率提高了12.7倍相比,共焦荧光显微镜。
SERS-based nanoprobes作为竞争的显像剂在体外和在活的有机体内bioimaging由于ultra-sensitivity,专一性,多样性,生物相容性和耐光性(林et al ., 2021 b)。除了用于癌症诊断,爵士在癌症治疗已显示出越来越重要的作用。一方面,越来越多的证据表明,ser已经成为一种新的成像工具指导外科医生确定手术切除肿瘤的边缘。另一方面,有相当大的兴趣在智能SERS-based治疗诊断平台ser指导。例如(邱et al ., 2018),展示了术中检测和消除残留微小病变的外科利润,依靠gap-enhanced拉曼标记(哥特)的拉曼成像(图5 d)。低能量激光在785 nm触发一个拉曼信号可用于高度敏感和microtumors photostable检测。产生的热效应microtumor消融在808 nm之间切换的高功率激光。然而,由于生物标志物的表达在肿瘤是异构的,要注意多个不同疾病有关的生物标志物的分子成像的问题。
5展望和结论
Nanoplasmonic,一个有前途的纳米材料,具有独特的电浆和光学特性包括吸收、散射,场增强。在这次审查中,我们披露nanoplasmonic生物传感器在精密医学应用潜力巨大。第一部分演示具体传感基于nanoplasmonic(如SPR LSPR和ser)和分析现有的优势和缺点。第二部分报告多种技术的集成,包括集成等温扩增,CRISPR / Cas,芯片上的实验室和ELISA,帮助弥合差距的个人技术。基于当前形势下,POC测试更适合这些传感器比大规模的测试,虽然微和便携式传感器出现。在最后的部分中,我们讨论了精度nanoplasmonic生物传感器在医学的应用和发展趋势。特别是,持续COVID-19流行凸显了需要找到快速和可靠的传感器。事实上,从某种意义上说,病毒大流行和不可逾越的癌症是驱动精密医学传感领域,特别是电浆技术,要求快速、可靠、移动和廉价的传感器就变得非常重要了。
尽管nanoplasmonic的快速发展与控制的光学性质,他们的大规模利用医学仍然是有限的,可能由于我)贵金属的价格相对较高,2)低收益率的优良性能的材料,3)精确制备方法需要控制不同大小和形态,iv)不清楚生物毒性在生理环境中,和v)复杂矩阵识别功能复杂的矩阵。在大多数应用程序中,nanoplasmonic的光学性质强烈依赖于大小、形态、和彼此交互,所以必须注意适应制造技术实现控制和高效等离子体与各种结构。为了稳定保持光学特性,聚合物和无机涂料已成功用于许多有效的表面改性方法,为化学和生物稳定性。然而,长期的生物相容性等问题和特定的细胞毒性残留nanoplasmonic病理条件下对临床实践仍然是一个挑战。
几个问题需要解决在nanoplasmonic集成技术。首先是nanoplasmonic生物传感器的集成与样品预处理单元(如样品的分离和纯化)最终实际应用POC和具有成本效益的大规模生产传感器,和更多的理想将用于提供先进的nanoplasmonic技术从实验室到床边。等离子体耦合的结果,需要微流体样本采集和处理将继续增长。与发展可以预期,移动和经济的生物传感器将可用。其次,虽然nanoplasmonic生物传感器是非常有前途的检测单个蛋白质或酶的氧化还原活性,他们仍然面临的挑战由于电流放大策略的局限性。纳米孔的应用不仅适用于商业DNA测序,但也会导致蛋白质绑定和酶反应动力学的研究。
总之,nanoplasmonic生物传感器取得了重大进展,显示足够的敏感观察甚至单分子绑定事件。生物分子相互作用在单分子水平的量化大大扩展了生物传感器的范围和分析技术,并允许访问潜在的异质性分子性质。这可能出现异质性存在的各种物种在样例或同一物种的不同构象的存在。然而,将这些令人鼓舞的进展在科学生物传感器设备的日常生活将在许多方面需要额外的工作。nanoplasmonic技术的下一代将从实验室转化为智能POC诊断精度将塑造未来的医学。
作者的贡献
XM构思的概念lab-on-a-particle和led nanoplasmonic生物传感器的研究。YX写手稿ZZ和SY的输入。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
XM承认自然科学基金会的拨款(JCYJ20210324132815037 GXWD20220818171934001)和广东深圳(2022 a1515220158),教育部广东(2021 kqncx276 2022 zdzx 2065),中央大学的基础研究基金(批准号HIT.OCEF.2022040)、珠江人才计划(2021 qn02y120),中国博士后科学基金会(2017 m621664),钱江人才计划(QJD2002017),泰山工业专家计划(TSCY202006001)和省级优秀青年科学基金学者(2022 hwyq097)。
的利益冲突
ZZ和XM Biosen国际提供技术支持。
其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
引用
安,H。,Kim, S., Kim, Y., Kim, S., Choi, J. R., and Kim, K. (2021). Plasmonic sensing, imaging, and stimulation techniques for neuron studies.Biosens。Bioelectron。182年,113150年。doi: 10.1016 / j.bios.2021.113150
Akkilic, N。,Geschwindner, S., and Hook, F. (2020). Single-molecule biosensors: Recent advances and applications.Biosens。Bioelectron。151年,111944年。doi: 10.1016 / j.bios.2019.111944
Alafeef, M。,Moitra, P。,Dighe, K., and Pan, D. (2021). RNA-extraction-free nano-amplified colorimetric test for point-of-care clinical diagnosis of COVID-19.Protoc Nat。16,3141 - 3162。doi: 10.1038 / s41596 - 021 - 00546 - w
青木,H。,Corn, R. M., and Matthews, B. (2019). MicroRNA detection on microsensor arrays by SPR imaging measurements with enzymatic signal enhancement.Biosens。Bioelectron。142年,111565年。doi: 10.1016 / j.bios.2019.111565
Asadishad, T。Sohrabi F。哈基米,M。,Ghazimoradi, M. H., Mahinroosta, T., Hamidi, S. M., et al. (2021). Effect of methadone and tramadol opioids on stem cells based on integrated plasmonic-ellipsometry technique.j .激光医疗,科学。12,e46。doi: 10.34172 / jlms.2021.46
Azzouz,。,Hejji, L., Kim, K. H., Kukkar, D., Souhail, B., Bhardwaj, N., et al. (2022). Advances in surface plasmon resonance-based biosensor technologies for cancer biomarker detection.Biosens。Bioelectron。197年,113767年。doi: 10.1016 / j.bios.2021.113767
Balderas-Valadez, r F。,Estevez-Espinoza, J. O., Salazar-Kuri, U., Pacholski, C., Mochan, W. L., and Agarwal, V. (2018). Fabrication of ordered tubular porous silicon structures by colloidal lithography and metal assisted chemical etching: SERS performance of 2D porous silicon structures.达成。冲浪。科学。462年,783 - 790。doi: 10.1016 / j.apsusc.2018.08.120
Bellassai, N。,D 'Agata, R。,Jungbluth, V., and Spoto, G. (2019). Surface plasmon resonance for biomarker detection: Advances in non-invasive cancer diagnosis.前面。化学。7日,570年。doi: 10.3389 / fchem.2019.00570
Borghei, y S。,和Hosseini, M. (2019). A new eye dual-readout method for MiRNA detection based on dissolution of gold nanoparticles via LSPR by CdTe QDs photoinduction.科学。代表。9日,5453年。doi: 10.1038 / s41598 - 019 - 41898 - 4
Bousiakou, l·G。Gebavi, H。Mikac, L。,Karapetis, S., and Ivanda, M. (2020). Surface enhanced Raman spectroscopy for molecular identification-a review on surface plasmon resonance (SPR) and localised surface plasmon resonance (LSPR) in optical nanobiosensing.克罗地亚人。化学。学报92年,479 - 494。doi: 10.5562 / cca3558
Brettin,。,Abolmaali, F., Blanchette, K. F., Mcginnis, C. L., Nesmelov, Y. E., Limberopoulos, N. I., et al. (2019). Enhancement of resolution in microspherical nanoscopy by coupling of fluorescent objects to plasmonic metasurfaces.达成。理论物理。列托人。114年,131101年。doi: 10.1063/1.5066080
Cathcart N。,和Chen, J. I. L. (2020). Sensing biomarkers with plasmonics.肛交。化学。92年,7373 - 7381。doi: 10.1021 / acs.analchem.0c00711
Cetin a E。,Iyidogan, P., Hayashi, Y., Wallen, M., Vijayan, K., Tu, E., et al. (2018). Plasmonic sensor could enable label-free DNA sequencing.ACS Sens。3,561 - 568。doi: 10.1021 / acssensors.7b00957
Chauhan, M。,和Kumar Singh, V. (2021). Review on recent experimental SPR/LSPR based fiber optic analyte sensors.选择纤维抛光工艺。64年,102580年。doi: 10.1016 / j.yofte.2021.102580
陈,j·S。,妈,E。,Harrington, L. B., Da Costa, M., Tian, X., Palefsky, J. M., et al. (2018). CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity.科学360年,436 - 439。doi: 10.1126 / science.aar6245
陈,Q。,胡锦涛,Q。,Dukhovlinova, E., Chen, G., Ahn, S., Wang, C., et al. (2019). Photothermal therapy promotes tumor infiltration and antitumor activity of CAR T cells.放置板牙31日,1900192。doi: 10.1002 / adma.201900192
陈,Z。李,J。李,T。,Fan, T., Meng, C., Li, C., et al. (2022). A CRISPR/Cas12a-empowered surface plasmon resonance platform for rapid and specific diagnosis of the Omicron variant of SARS-CoV-2.国家的。科学。牧师。9,nwac104。doi: 10.1093 / nsr / nwac104
Constantinou, M。,Hadjigeorgiou, K., Abalde-Cela, S., and Andreou, C. (2022). Label-free sensing with metal nanostructure-based surface-enhanced Raman spectroscopy for cancer diagnosis.ACS达成。纳米板牙5,12276 - 12299。doi: 10.1021 / acsanm.2c02392
D 'Agata, R。,和Spoto, G. (2019). Advanced methods for microRNA biosensing: A problem-solving perspective.肛交。Bioanal。化学。411年,4425 - 4444。doi: 10.1007 / s00216 - 019 - 01621 - 8
Da Costa, e . S . c . S。卷曲,n . M。,Brotto, D. B., De Araujo, L. F., Rosa, R. C. A., Texeira, L. A., et al. (2020). Germline variants in DNA repair genes associated with hereditary breast and ovarian cancer syndrome: Analysis of a 21 gene panel in the Brazilian population.BMC医学基因组学。13日,21岁。doi: 10.1186 / s12920 - 019 - 0652 - y
丹尼,j . C。,和Collins, F. S. (2021). Precision medicine in 2030-seven ways to transform healthcare.细胞。184年,1415 - 1419。doi: 10.1016 / j.cell.2021.01.015
Ekiz Kanik F。Celebi,我。,Sevenler, D., Tanriverdi, K., Lortlar Ünlü, N., Freedman, J. E., et al. (2022). Attomolar sensitivity microRNA detection using real-time digital microarrays.科学。代表。12日,16220年。doi: 10.1038 / s41598 - 022 - 19912 - z
Fai, T。,和Kumar, P. (2021). Revolution in the synthesis, physio-chemical and biological characterization of gold nanoplatform.咕咕叫。制药。Des。27日,2482 - 2504。doi: 10.2174 / 1381612827666210127121347
费舍尔,我。,Rubenstein, D. I., and Levin, S. A. (2022). Vaccination-hesitancy and global warming: Distinct social challenges with similar behavioural solutions.r . Soc。开放的科学。9日,211515年。doi: 10.1098 / rsos.211515
Funari, R。,Chu, K. Y., and Shen, A. Q. (2020). Detection of antibodies against SARS-CoV-2 spike protein by gold nanospikes in an opto-microfluidic chip.Biosens。Bioelectron。169年,112578年。doi: 10.1016 / j.bios.2020.112578
Garcia-Lojo D。,Gomez-Grana, S., Martin, V. F., Solis, D. M., Taboada, J. M., Perez-Juste, J., et al. (2020). Integrating plasmonic supercrystals in microfluidics for ultrasensitive, label-free, and selective surface-enhanced Raman spectroscopy detection.ACS达成。板牙接口12日,46557 - 46564。doi: 10.1021 / acsami.0c13940
Garoli D。,Yamazaki, H., Maccaferri, N., and Wanunu, M. (2019). Plasmonic nanopores for single-molecule detection and manipulation: Toward sequencing applications.Nano。19日,7553 - 7562。doi: 10.1021 / acs.nanolett.9b02759
锣,T。,Kong, K. V., Goh, D., Olivo, M., and Yong, K. T. (2015). Sensitive surface enhanced Raman scattering multiplexed detection of matrix metalloproteinase 2 and 7 cancer markers.生物医学。选择快递。6,2076 - 2087。doi: 10.1364 / boe.6.002076
Hinkov B。,Pilat, F., Lux, L., Souza, P. L., David, M., Schwaighofer, A., et al. (2022). A mid-infrared lab-on-a-chip for dynamic reaction monitoring.Commun Nat。13日,4753年。doi: 10.1038 / s41467 - 022 - 32417 - 7
Hollstein, M。,Alexandrov, L. B., Wild, C. P., Ardin, M., and Zavadil, J. (2017). Base changes in tumour DNA have the power to reveal the causes and evolution of cancer.致癌基因36岁,158 - 167。doi: 10.1038 / onc.2016.192
黄,L。,Ding, L., Zhou, J., Chen, S., Chen, F., Zhao, C., et al. (2021). One-step rapid quantification of SARS-CoV-2 virus particles via low-cost nanoplasmonic sensors in generic microplate reader and point-of-care device.Biosens。Bioelectron。171年,112685年。doi: 10.1016 / j.bios.2020.112685
杰克曼,j . A。,Rahim Ferhan, A., and Cho, N. J. (2017). Nanoplasmonic sensors for biointerfacial science.化学。Soc。牧师。46岁,3615 - 3660。doi: 10.1039 / c6cs00494f
卡柏,一个。,和Keller, A. (2017). miRNA assays in the clinical laboratory: Workflow, detection technologies and automation aspects.中国。化学。实验室。地中海。55岁,636 - 647。doi: 10.1515 / cclm - 2016 - 0467
科赫,。,Joosten, S. C., Feng, Z., De Ruijter, T. C., Draht, M. X., Melotte, V., et al. (2018). Analysis of DNA methylation in cancer: Location revisited.Nat,启中国。肿瘤防治杂志。15日,459 - 466。doi: 10.1038 / s41571 - 018 - 0004 - 4
Kumar年代。郭,Z。,Singh, R., Wang, Q., Zhang, B., Cheng, S., et al. (2021). MoS2功能化多芯光纤探针的选择性检测志贺氏杆菌细菌基于局部等离子体。j .光。抛光工艺。39岁,4069 - 4081。doi: 10.1109 / jlt.2020.3036610
库尔特,H。,Pishva, P., Pehlivan, Z. S., Arsoy, E. G., Saleem, Q., Bayazit, M. K., et al. (2021). Nanoplasmonic biosensors: Theory, structure, design, and review of recent applications.肛交。詹。学报1185年,338842年。doi: 10.1016 / j.aca.2021.338842
兰格,J。,Aberasturi, D. J. D., Aizpurua, J., Alvarez-Puebla, R. A., Liz-MarzáN, L. M., Baumberg, J. J., et al. (2020). Present and future of surface enhanced Raman scattering.ACS Nano14日,28 - 117。doi: 10.1021 / acsnano.9b04224
李,D。,Park, D., Kim, I., Lee, S. W., Lee, W., Hwang, K. S., et al. (2021). Plasmonic nanoparticle amyloid corona for screening Aβ oligomeric aggregate-degrading drugs.Commun Nat。12日,639年。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 20611 - 4
李,g . N。,Zhao, X. J., Wang, Z., Luo, M. S., Shi, S. N., Yan, D. M., et al. (2022). Elaiophylin triggers paraptosis and preferentially kills ovarian cancer drug-resistant cells by inducing MAPK hyperactivation.钙信号。其他目标。7日,317年。doi: 10.1038 / s41392 - 022 - 01131 - 7
李X。,Yin, C., Wu, Y., Zhang, Z., Jiang, D., Xiao, D., et al. (2020). Plasmonic nanoplatform for point-of-care testing trace HCV core protein.Biosens。Bioelectron。147年,111488年。doi: 10.1016 / j.bios.2019.111488
李,Y。,Mansour, H., Wang, T., Poojari, S., and Li, F. (2019). Naked-eye detection of grapevine red-blotch viral infection using a plasmonic CRISPR Cas12a assay.肛交。化学。91年,11510 - 11513。doi: 10.1021 / acs.analchem.9b03545
李,Y。,Yan, Y., Lei, Y., Zhao, D., Yuan, T., Zhang, D., et al. (2014). Surface plasmon resonance biosensor for label-free and highly sensitive detection of point mutation using polymerization extension reaction.胶体冲浪。B Biointerfaces120年,15 - 20。doi: 10.1016 / j.colsurfb.2014.04.007
廖,Z。,Wang, J., Zhang, P., Zhang, Y., Miao, Y., Gao, S., et al. (2018). Recent advances in microfluidic chip integrated electronic biosensors for multiplexed detection.Biosens。Bioelectron。121年,272 - 280。doi: 10.1016 / j.bios.2018.08.061
林,D。,Hsieh, C. L., Hsu, K. C., Liao, P. H., Qiu, S., Gong, T., et al. (2021a). Geometrically encoded SERS nanobarcodes for the logical detection of nasopharyngeal carcinoma-related progression biomarkers.Commun Nat。12日,3430年。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 23789 - 3
林,L。,Bi, X., Gu, Y., Wang, F., and Ye, J. (2021b). Surface-enhanced Raman scattering nanotags for bioimaging.j:。理论物理。129年,191101年。doi: 10.1063/5.0047578
刘,T。,Hsiung, J., Zhao, S., Kost, J., Sreedhar, D., Hanson, C. V., et al. (2020a). Quantification of antibody avidities and accurate detection of SARS-CoV-2 antibodies in serum and saliva on plasmonic substrates.Nat,生物医学。Eng。4,1188 - 1196。doi: 10.1038 / s41551 - 020 - 00642 - 4
刘,Y。,Lyu, N., Rajendran, V. K., Piper, J., Rodger, A., and Wang, Y. (2020b). Sensitive and direct DNA mutation detection by surface-enhanced Raman spectroscopy using rational designed and tunable plasmonic nanostructures.肛交。化学。92年,5708 - 5716。doi: 10.1021 / acs.analchem.9b04183
陆,X。,Hu, C., Jia, D., Fan, W., Ren, W., and Liu, C. (2021). Amplification-free and mix-and-read analysis of multiplexed MicroRNAs on a single plasmonic microbead.Nano。21日,6718 - 6724。doi: 10.1021 / acs.nanolett.1c02473
烹调的菜肴,J。,Seth, A., Gupta, R., Wang, Z., Rathi, P., Cao, S., et al. (2020). Ultrabright fluorescent nanoscale labels for the femtomolar detection of analytes with standard bioassays.Nat,生物医学。Eng。4,518 - 530。doi: 10.1038 / s41551 - 020 - 0547 - 4
C罗。,Hajkova, P., and Ecker, J. R. (2018). Dynamic DNA methylation: In the right place at the right time.科学361年,1336 - 1340。doi: 10.1126 / science.aat6806
妈,X。,和Sim, S. J. (2020). Single plasmonic nanostructures for biomedical diagnosis.j .化学母校呢。B8,6197 - 6216。doi: 10.1039 / d0tb00351d
妈,X。,Song, S., Kim, S., Kwon, M. S., Lee, H., Park, W., et al. (2019). Single gold-bridged nanoprobes for identification of single point DNA mutations.Commun Nat。10日,836年。doi: 10.1038 / s41467 - 019 - 08769 - y
妈,X。,Truong, P. L., Anh, N. H., and Sim, S. J. (2015). Single gold nanoplasmonic sensor for clinical cancer diagnosis based on specific interaction between nucleic acids and protein.Biosens。Bioelectron。67年,59 - 65。doi: 10.1016 / j.bios.2014.06.038
马斯特森,a . N。、Hati年代。任,G。,Liyanage, T., Manicke, N. E., Goodpaster, J. V., et al. (2021). Enhancing nonfouling and sensitivity of surface-enhanced Raman scattering substrates for potent drug analysis in blood plasma via fabrication of a flexible plasmonic patch.肛交。化学。93年,2578 - 2588。doi: 10.1021 / acs.analchem.0c04643
Minopoli,。,Della Ventura, B., Lenyk, B., Gentile, F., Tanner, J. A., OffenhäUSSER, A., et al. (2020). Ultrasensitive antibody-aptamer plasmonic biosensor for malaria biomarker detection in whole blood.Commun Nat。11日,6134年。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 19755 - 0
米切尔·m·J。,Billingsley, M. M., Haley, R. M., Wechsler, M. E., Peppas, N. A., and Langer, R. (2021). Engineering precision nanoparticles for drug delivery.Nat。启药物。20岁,101 - 124。doi: 10.1038 / s41573 - 020 - 0090 - 8
Mitragotri, S。拉默斯,T。Bae, y . H。,Schwendeman, S., De Smedt, S., Leroux, J. C., et al. (2017). Drug delivery research for the future: Expanding the nano horizons and beyond.j .控制释放246年,183 - 184。doi: 10.1016 / j.jconrel.2017.01.011
Moitra, P。,Chaichi, A., Abid Hasan, S. M., Dighe, K., Alafeef, M., Prasad, A., et al. (2022). Probing the mutation independent interaction of DNA probes with SARS-CoV-2 variants through a combination of surface-enhanced Raman scattering and machine learning.Biosens。Bioelectron。208年,114200年。doi: 10.1016 / j.bios.2022.114200
Moothanchery, M。Perumal, J。,Mahyuddin, A. P., Singh, G., Choolani, M., and Olivo, M. (2022). Rapid and sensitive detection of ovarian cancer biomarker using a portable single peak Raman detection method.科学。代表。12日,12459年。doi: 10.1038 / s41598 - 022 - 13859 - x
允许,m . P。,和Soni, R. K. (2015). Laser-generated bimetallic Ag-Au and Ag-Cu core-shell nanoparticles for refractive index sensing.等离子10日,681 - 690。doi: 10.1007 / s11468 - 014 - 9854 - 5
欧阳,Y。陈,Y。,Shang, J., Sun, S., Wang, X., Huan, S., et al. (2023). Virus-like plasmonic nanoprobes for quick analysis of antiviral efficacy and mutation-induced drug resistance.肛交。化学。95年,5009 - 5017。doi: 10.1021 / acs.analchem.2c05464
公园,H。,Ma, G. J., Yoon, B. K., Cho, N. J., and Jackman, J. A. (2021). Comparing protein adsorption onto alumina and silica nanomaterial surfaces: Clues for vaccine adjuvant development.朗缪尔37岁,1306 - 1314。doi: 10.1021 / acs.langmuir.0c03396
Poudineh, M。,Aldridge, P. M., Ahmed, S., Green, B. J., Kermanshah, L., Nguyen, V., et al. (2017). Tracking the dynamics of circulating tumour cell phenotypes using nanoparticle-mediated magnetic ranking.Nanotechnol Nat。12日,274 - 281。doi: 10.1038 / nnano.2016.239
普莱瑟,k。王,C . C。,和Schooley, R. T. (2020). Reducing transmission of SARS-CoV-2.科学368年,1422 - 1424。doi: 10.1126 / science.abc6197
秋,G。,Gai, Z., Tao, Y., Schmitt, J., Kullak-Ublick, G. A., and Wang, J. (2020). Dual-functional plasmonic photothermal biosensors for highly accurate severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 detection.ACS Nano14日,5268 - 5277。doi: 10.1021 / acsnano.0c02439
秋,Y。,Zhang, Y., Li, M., Chen, G., Fan, C., Cui, K., et al. (2018). Intraoperative detection and eradication of residual microtumors with gap-enhanced Raman tags.ACS Nano12日,7974 - 7985。doi: 10.1021 / acsnano.8b02681
施密茨,R。,Wright, G. W., Huang, D. W., Johnson, C. A., Phelan, J. D., Wang, J. Q., et al. (2018). Genetics and pathogenesis of diffuse large B-cell lymphoma.心血管病。j .地中海。378年,1396 - 1407。doi: 10.1056 / nejmoa1801445
M·沙里夫。玫瑰油,F。,Saboury, A. A., Akhtari, K., Hooshmand, N., Hasan, A., et al. (2019). Plasmonic gold nanoparticles: Optical manipulation, imaging, drug delivery and therapy.j .控制释放311 - 312,170 - 189。doi: 10.1016 / j.jconrel.2019.08.032
沈,S。,Huang, Y., Sun, Y., and Zhang, W. (2021). Catechol-driven self-assembly to fabricate highly ordered and SERS-active glycoadjuvant patterns.j .化学母校呢。B9日,5039 - 5042。doi: 10.1039 / d1tb00833a
Shin H。,Choi, B. H., Shim, O., Kim, J., Park, Y., Cho, S. K., et al. (2023). Single test-based diagnosis of multiple cancer types using Exosome-SERS-AI for early stage cancers.Commun Nat。14日,1644年。doi: 10.1038 / s41467 - 023 - 37403 - 1
儿子,T。,李,D。,Lee, C., Moon, G., Ha, G. E., Lee, H., et al. (2019). Superlocalized three-dimensional live imaging of mitochondrial dynamics in neurons using plasmonic nanohole arrays.ACS Nano13日,3063 - 3074。doi: 10.1021 / acsnano.8b08178
苏,Y。,Peng, T., Xing, F., Li, D., and Fan, C. (2017). Nanoplasmonic biological sensing and imaging.Acta詹。罪。中国版-75年,1036年。doi: 10.6023 / a17060289
道,W。,Cheng, X., Sun, D., Guo, Y., Wang, N., Ruan, J., et al. (2022). Synthesis of multi-branched Au nanocomposites with distinct plasmon resonance in NIR-II window and controlled CRISPR-Cas9 delivery for synergistic gene-photothermal therapy.生物材料287年,121621年。doi: 10.1016 / j.biomaterials.2022.121621
托莱多,G G。,Toledo, V. H., Lanfredi, A. J. C., Escote, M., Champi, A., Silva, M., et al. (2020). Promising nanostructured materials against enveloped virus.阿德莱德大学的胸罩Cienc92年,20200718。0001 - 3765202020200718 . doi: 10.1590 /
Tomitaka,。Arami, H。,Ahmadivand, A., Pala, N., Mcgoron, A. J., Takemura, Y., et al. (2020). Magneto-plasmonic nanostars for image-guided and NIR-triggered drug delivery.科学。代表。10日,10115年。doi: 10.1038 / s41598 - 020 - 66706 - 2
图阿,D。,Liu, R., Yang, W., Zhou, L., Song, H., Ying, L., et al. (2023). Imaging-based intelligent spectrometer on a plasmonic rainbow chip.Commun Nat。14日,1902年。doi: 10.1038 / s41467 - 023 - 37628 - 0
Versiani, a F。,Martins, E. M. N., Andrade, L. M., Cox, L., Pereira, G. C., Barbosa-Stancioli, E. F., et al. (2020). Nanosensors based on LSPR are able to serologically differentiate dengue from Zika infections.科学。代表。10日,11302年。doi: 10.1038 / s41598 - 020 - 68357 - 9
王,Y。,Liu, X. L., Zhang, Q. Z., Wang, C., Huang, S. Y., Liu, Y. N., et al. (2023). Stable, cost-effective TiN-based plasmonic nanocomposites with over 99% solar steam generation efficiency.放置功能。板牙。33岁的12301人。doi: 10.1002 / adfm.202212301
王,Y。,Zhao, J., Zhu, Y., Dong, S., Liu, Y., Sun, Y., et al. (2021). Monolithic integration of nanorod arrays on microfluidic chips for fast and sensitive one-step immunoassays.Microsyst。Nanoeng。7日,65年。doi: 10.1038 / s41378 - 021 - 00291 - w
威尔逊,R。,Espinosa-Diez, C., Kanner, N., Chatterjee, N., Ruhl, R., Hipfinger, C., et al. (2016). MicroRNA regulation of endothelial TREX1 reprograms the tumour microenvironment.Commun Nat。7日,13597年。doi: 10.1038 / ncomms13597
黄,c . L。,Loke, S. Y., Lim, H. Q., Balasundaram, G., Chan, P., Chong, B. K., et al. (2021). Circulating microRNA breast cancer biomarker detection in patient sera with surface plasmon resonance imaging biosensor.j . Biophot。14日,202100153。doi: 10.1002 / jbio.202100153
哇,一个。,Jung, H. S., Kim, D. H., Park, S. G., and Lee, M. Y. (2021). Rapid and sensitive multiplex molecular diagnosis of respiratory pathogens using plasmonic isothermal RPA array chip.Biosens。Bioelectron。182年,113167年。doi: 10.1016 / j.bios.2021.113167
肖,J。,Wang, J., Luo, Y., Xu, T., and Zhang, X. (2023). Wearable plasmonic sweat biosensor for acetaminophen drug monitoring.ACS Sens。8,1766 - 1773。doi: 10.1021 / acssensors.3c00063
Yakoubi,。,和Dhafer, C. E. B. (2023). Advanced plasmonic nanoparticle-based techniques for the prevention, detection, and treatment of current COVID-19.等离子18日,311 - 347。doi: 10.1007 / s11468 - 022 - 01754 - 0
你们,H。,Nowak, C., Liu, Y., Li, Y., Zhang, T., Bleris, L., et al. (2022). Plasmonic LAMP: Improving the detection specificity and sensitivity for SARS-CoV-2 by plasmonic sensing of isothermally amplified nucleic acids.小18日,2107832。doi: 10.1002 / smll.202107832
Zetsche B。,Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O. O., Slaymaker, I. M., Makarova, K. S., Essletzbichler, P., et al. (2015). Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system.细胞。163年,759 - 771。doi: 10.1016 / j.cell.2015.09.038
张,C。,Belwal, T., Luo, Z., Su, B., and Lin, X. (2022). Application of nanomaterials in isothermal nucleic acid amplification.小18日,2102711。doi: 10.1002 / smll.202102711
张X。,Zhang, H., Yan, S., Zeng, Z., Huang, A., Liu, A., et al. (2019). Organic molecule detection based on SERS in microfluidics.科学。代表。9日,17634年。doi: 10.1038 / s41598 - 019 - 53478 - 7
赵,Y。,Chen, F., Li, Q., Wang, L., and Fan, C. (2015). Isothermal amplification of nucleic acids.化学。牧师。115年,12491 - 12545。doi: 10.1021 / acs.chemrev.5b00428
钟,H。、朱、Z。,你,P。林,J。,Cheung, C. F., Lu, V. L., et al. (2020). Plasmonic and superhydrophobic self-decontaminating N95 respirators.ACS Nano14日,8846 - 8854。doi: 10.1021 / acsnano.0c03504
周,J。,Zeng, Y., Wang, X., Wu, C., Shao, Y., Gao, B. Z., et al. (2019). The capture of antibodies by antibody-binding proteins for ABO blood typing using SPR imaging-based sensing technology.化学传感器执行器B。304年,127391年。doi: 10.1016 / j.snb.2019.127391
关键词:nanoplasmonic、生物传感器、精密医学、局部表面等离子体共振,表面增强拉曼散射,实验室一个粒子,CRISPR / Cas系统、癌症诊断
引用:张小Y, Z,阴和马X (2023) Nanoplasmonic精密医学生物传感器。前面。化学。11:1209744。doi: 10.3389 / fchem.2023.1209744
收到:2023年4月21日;接受:2023年6月22日;
发表:2023年7月6日。
编辑:
Yunping邱,美国爱因斯坦医学院的版权肖©2023,张,阴和马。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:形意拳妈,maxy@hit.edu.cn
__ORCID:形意拳马orcid.org/0000 - 0001 - 9864 - 1698