Small:基于硫化钼相调控机制的电化学微传感器在前列腺癌早期预警中的应用

前列腺癌是危害男性健康的常见癌症之一。随着人口老龄化和生活方式的转变,我国前列腺癌发病率呈现高发趋势。前列腺癌与大多数恶性肿瘤不同,癌细胞生长速度较慢,且早期无明显症状,一旦出现症状,可能已经是中晚期,极易错过治疗的最佳时期。因此,有必要发展高灵敏的前列腺癌早期检测技术,对高危人群进行早期筛查,以提高病人存活率。相对于传统的诊断方法,电化学微型传感器对体液中的特异性肿瘤标志物进行高灵敏检测,具有无创、快速、廉价等优势,样品需求量也较少。上海大学材料基因组工程研究院的张源及其团队采用丝网印刷技术可批量、一致性印制电化学微传感芯片。这种微传感芯片可对血液或尿液中的生物分子进行检测,每次检测仅需5 mL样品量。为实现简单、可靠的前列腺癌标志物快速检测,开发具有良好选择性和高灵敏的传感界面,将有利于提升电化学芯片的分析检测能力。

超薄二维硫化钼(MoS2)作为一种类石墨烯材料,具有丰富的催化活性位点和良好的生物相容性,可作为理想的构筑块用于构建高性能的传感材料。由于MoS2的电学特性与其晶体结构密切相关,其中2H相的MoS2通常为半导体,而1T相的MoS2则表现出较强的金属性。上海大学材料基因组工程研究院的张源和同济大学附属同济医院、美国凯斯西储大学、泰国拉卡邦先皇技术学院以及中科院上海微系统与信息技术研究所的合作者们采用密度泛函理论(DFT)计算模拟和电化学测试,验证了具有半导体性质的2H-MoS2适用于作为前列腺癌特异性标志物——AMACR(α-Methylacyl-CoA-Racemase,α-甲酰辅酶A消旋酶)检测的理想电化学敏感材料。

然而,二维超薄MoS2材料难以长期独立的稳定存在,在其表面原位生长铂(Pt)纳米柱阵列构建三维有序结构(Pt NWs array@MoS2),将有利于提高传感界面的稳定性;同时纳米柱阵列独特的结构和高长径比也可以为待测分子提供更有效的物质输运和电子传输通道。以Pt NWs array@2H-MoS2复合材料为关键敏感材料,构建芯片式电化学传感器,可用于对AMACR的高灵敏、特异性检测。研究者团队发现:所制作的电化学微传感器的检测下限可低至0.5 pg/μL,即使在成分复杂的胎牛血清环境中也可检测pg/μL至ng/μL浓度范围内的AMACR。该电化学微传感器可从26个前列腺癌患者血清样本中检出23例。采用微型电化学传感器对具有特异性的前列腺癌标志物AMACR进行高灵敏检测,在癌症早期即发现病变的迹象,有助于实现前列腺癌的早发现和早治疗,且具有无创、便捷和廉价的优势。相关的结果发表在Small(doi.org/10.1002/smll.202000307)上,并于当期Front Cover作简要介绍。