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奈米星形化身疾病診斷急先鋒

英國及西班牙科學家們研發出一種新型生物奈米感測器,在標靶分子濃度較低時,反而能產生較強的偵測訊號。此感測器能偵測到遠低於醫院現行檢驗法所能測得的分子濃度,因此可以在疾病初期幫助醫生判斷,而在許多情況下早期發現往往有助於病情的治療與痊癒。

一般生物感測器產生的訊號大小與標靶分子的濃度成正比,因此在低濃度時靈敏度會下降。對於癌症抗原之類的疾病生物標記分子而言,生物感測器能否區分零檢出或微量檢出,是件非常重要的事。倫敦帝國學院(Imperial College London)的 Molly Steven 與西班牙維戈(Vigo)大學的合作伙伴利用星形奈米金粒製作出此新式感測器,能探測的濃度比目前最先進的測試技術靈敏十倍以上。

圖片來源:physicsworld.com

此星形奈米金粒又稱奈米星(nanostar),大小約 50 nm,其結構可產生表面電漿子(surface plasmon),亦即傳導電子在表面的同調振盪行為。研究人員以可見光/近紅外光照射奈米星,找出最大吸收的頻率位置,便可量測出表面電漿子的共振頻率。

上述團隊在金粒表面接上葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GOx),作為生物催化劑來還原溶液中的銀離子。在低 GOx 濃度時,銀原子會沈澱在金粒表面上,使表面電漿共振頻率產生藍位移(blue shift);而濃度較高時,銀離子會在溶液中快速成核結晶,導致共振頻率的偏移較不明顯。所以,量測加入 GOx 前後的吸收頻率,便能非常靈敏地獲得葡萄糖氧化酶的濃度。

該團隊接著利用奈米星量測前列腺特異抗體(prostate specific antibody, PSA)的濃度,此生物分子為前列腺癌的生物標記。研究人員先在奈米星表面鍍上一種可從溶液中抓取 PSA 的抗體,然後再將與 GOx 相連的第二個抗體閂在 PSA 上。GOx 會進行上述的銀還原步驟,測量表面電漿共振的偏移量即可得到待測物濃度。

此技術可偵測濃度低至 10-18g/ml 的前 PSA,和目前醫院常使用的酵素免疫分析法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)相比,濃度低上十億倍。Steven 表示,此感測器在最低的濃度時能產生最強烈的訊號,因此能偵測出極低的標靶分子濃度。

目前,研究人員僅完成前 PSA 的檢測,但 Steven 認為此法亦應用於其它疾病的初期診斷,其中尤其吸引人注意的是與人類免疫缺乏病毒(HIV)有關的 p24 蛋白質。詳見 Nature Materials|DOI:10.1038/nmat3337。

譯者:林主恩(中央大學光電科學研究所)
責任編輯:蔡雅芝
原文網址:New nanosensors could detect disease earlier—physicsworld [2012-05-28]

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-07-07] 

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