综述：基于电感耦合等离子体质谱的免疫检测技术：2015至2025年研究进展

（编辑推荐）这篇综述系统梳理了近十年电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）在生物检测领域的突破性进展，重点解析了金属离子标签、纳米颗粒及无标记策略如何推动该技术实现超高灵敏度（ppt级）、多重检测（>100通道）和高通量分析，为临床标志物（如miRNA、ctDNA）检测和空间多组学研究提供了革命性工具。

　　

Abstract

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）凭借其超高灵敏度和分辨率，已成为生物标志物检测领域的重要平台。过去十年间，基于ICP-MS的免疫检测不仅突破了传统光学方法的灵敏度与多重检测限制，更在临床场景中实现广泛应用。作为核心技术模块，元素标签（如镧系金属、金纳米颗粒）通过连接生物分子识别与质谱信号输出，直接决定了检测性能的三大核心指标：灵敏度、多重性和通量。

Introduction

现代生命科学与医学的快速发展，尤其是COVID-19大流行后，对低丰度生物标志物（如miRNA³
、ctDNA⁴
）的精准检测需求激增。传统荧光法受限于光谱重叠和补偿操作，而ICP-MS凭借独特的元素分辨能力（如TOF-MS同时采集40+同位素信号）和10^-12
g/L级检测限，成为单细胞质谱流式（CyTOF^?
）和成像质谱（IMC/MIBI-TOF）的核心技术。2014年问世的IMC技术整合激光剥蚀系统，可实现1 μm级空间分辨率，而MIBI-TOF更将成像分辨率推进至10 nm，为肿瘤微环境研究开辟新维度。

Detection strategies

元素标签设计呈现三大创新方向：

1. 金属离子标签：镧系元素（如Eu³⁺
   ）通过DOTA螯合物标记抗体，信号稳定性提升20倍；
2. 纳米颗粒标签：金纳米团簇（Au₃₀
   ）单个颗粒含5000个原子，灵敏度较传统聚合物提高3个数量级；
3. 无标记策略：直接检测生物样本内源性金属（如Zn²⁺
   ），适用于外泌体原位分析。

Singal amplification

基于链置换反应和酶切释放的级联放大技术成为突破检测极限的关键。例如：

• 滚环扩增（RCA）可使单个miRNA释放10⁴
  个Ag⁺
  标签；
• 纳米颗粒溶解（如HNO₃
  蚀刻AuNPs）实现信号富集，将ctDNA检测限降至0.1拷贝/μL。

Multiplex detection

利用同位素质量编码（如¹⁵⁹
Tb/¹⁶¹
Dy双标）和质谱通道扩展，IMC已实现50+蛋白标志物同步成像。在乳腺癌组织中，CD44⁺
/ER^-
亚群的时空分布解析精度达单细胞水平。

Conclusion and future perspectives

当前技术仍面临生物相容性（如Cd标签毒性）和数据处理（TB级IMC图像）挑战。未来或将开发稀土-过渡金属杂化标签，结合深度学习算法，推动ICP-MS在液体活检和器官芯片中的应用。