香港理工大学杨莫教授&中山大学附属第三医院胡昆鹏等人：基于SERS的液滴微流控平台，用于癌症外泌体的灵敏高通量检测-北京永康乐业科技发展有限公司

外泌体是一种纳米级的细胞外囊泡，内含多种生物分子，近年来因其作为癌症诊断的非侵入性生物标志物而受到广泛关注。它们能够携带肿瘤特异性分子信息，为癌症的早期检测提供了新的可能性。然而，传统的外泌体检测方法存在复杂性、耗时和设备要求高等挑战。因此，开发快速、灵敏且高效的检测技术显得尤为重要。

近期，香港理工大学杨莫教授团队联合中山大学附属第三医院胡昆鹏团队开发了一种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的液滴微流控平台，旨在实现对乳腺癌细胞来源的HER2阳性外泌体的快速、灵敏检测，为临床应用提供支持。相关研究以“SERS-Based Droplet Microfluidic Platform for Sensitive and High-Throughput Detection of Cancer Exosomes”为题目发表于期刊《ACS Sensors》。

本文要点：

1、开发了一种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的液滴微流控平台，用于快速、灵敏地检测乳腺癌细胞来源的HER2阳性外泌体。

2、该方法利用芯片上的盐诱导金纳米颗粒（GNPs）聚集过程，在HER2适体和HER2阳性外泌体存在下增强基于热点的SERS信号放大。

3、该平台的检测限为4.5 log₁₀ particles/mL，从样本到结果仅需5分钟，并成功应用于临床样本中HER2状态的测试，可以区分HER2阳性和阴性乳腺癌患者。

4、这种基于SERS的液滴系统具有高灵敏度、高特异性，以及高通量筛选特定肿瘤外泌体的潜力，有望成为早期癌症诊断的一种有前景的液体活检技术。

使用外泌体作为癌症诊断生物标志物的主要优势包括：

1、丰度高：外泌体存在于大多数体液中，如血液、尿液、唾液和乳汁等，含量丰富。

2、易获取：外泌体可以通过非侵入性的液体活检方式获取，相比于组织活检更加方便。

3、高稳定性：外泌体在体液中具有高度稳定性，有利于样本采集和保存。

4、携带肿瘤特异性信息：外泌体含有肿瘤特异性的DNA、RNA、蛋白质等分子信息，可作为肿瘤诊断的生物标志物。

5、反映肿瘤动态变化：外泌体的含量和组成可反映肿瘤的动态变化，有助于疾病监测和治疗效果评估。

因此，外泌体作为非侵入性、易获取、高稳定性的生物标志物，为癌症早期诊断和动态监测提供了理想的选择。

基于SERS的微流控平台通过以下几个方面提高了对HER2阳性外泌体的检测灵敏度：

1、芯片上的盐诱导GNPs聚集：

当HER2阳性外泌体存在时，由于HER2适体与外泌体表面的HER2蛋白具有高亲和力，HER2适体会从GNPs表面脱离，导致GNPs在高盐条件下发生聚集。

2、GNPs聚集形成热点，增强了SERS信号：

当GNPs在高盐条件下聚集时，它们之间的距离变得非常接近，形成了所谓的“热点”区域。
由于金纳米颗粒的表面等离子体共振效应，这些热点区域具有显著增强的电磁场。增强的电磁场极大地提高了拉曼散射的效率，从而增强了SERS信号。

3、拉曼标记物的引入：

在金纳米颗粒聚集的过程中，引入了拉曼标记物5,5′-二硫代双（2-硝基苯甲酸）（DTNB），它被定位到热点区域，进一步放大了SERS信号。

4、微滴反应器的优势：

微滴作为独立的微反应器，提供了一个无污染和无干扰的环境，有利于进行敏感的生物反应，并最小化样品稀释和损失，提高了检测的准确性。
微流控平台的高通量特性使其能够快速筛查和分析大量的单个样品，这对于临床诊断至关重要。

5、集成SERS技术：

SERS技术因其高灵敏度和独特的指纹特征，成为对外泌体进行灵敏、特异性检测的有力工具，有利于实现对外泌体的高准确度检测。

综上所述，基于SERS的微流控平台通过上述机制实现了对HER2阳性外泌体的高灵敏度和高通量检测，为早期癌症诊断提供了一种有效的技术手段。

图1.基于SERS的液滴微流控平台检测HER2阳性外泌体的过程示意图。

图2.（a）来自SKBR3、MCF-7和MDA-MB-231细胞系的癌细胞衍生外泌体的负染色TEM图像。（b）通过NTA获得的SKBR3外泌体、MCF-7外泌体和MDA-MB-231外泌体的尺寸分布。（c）对SKBR3 Exo、MCF-7 Exo和MDA-MB-231 Exo的CD63、HER2和CD44蛋白进行Western印迹分析。d）分离的裸GNPs的TEM图像。与SKBR3 Exo混合后分离的GNP、GNP/HER2适体复合物和GNP/HER2适体复合物的紫外-可见吸收光谱（e）和DLS测量（f）。260nm处的吸收峰表示适体吸收。所有样品均洗涤3次，以去除过量的HER2类似物。