基于硅纳米线电代谢组学的可穿戴式生物传感器实时检测肿瘤切缘

针对肿瘤手术切缘误判难题，研究人员开发了一种基于金属辅助化学蚀刻硅纳米线（SiNWs）的平面触摸式电化学生物传感器，通过检测癌细胞释放的活性氧（ROS）差异，实现了正常/癌细胞的体外（细胞系）和体内（小鼠模型）显著区分。该传感器在乳腺癌三阴性细胞中测得阳极/阴极电流分别为18.5 μA和33.7 μA，而健康细胞无响应，为术中无创扫描腔面残留癌组织提供了新工具。

　　

在肿瘤外科手术中，精确切除癌组织同时保留健康组织是决定患者预后的关键，尤其是乳腺癌保乳手术。然而，现有术中切缘评估方法如冰冻切片（FS）和印片细胞学（IC）存在采样局限性和深度检测盲区，而金标准永久病理（PS）又无法实时应用。更棘手的是，癌细胞通过糖酵解代谢释放的活性氧（ROS）水平虽显著高于正常细胞，但现有ROS检测技术多受限于毒性、灵敏度或侵入性——例如临床应用的"癌症诊断探针"（CDP）虽性能优异（灵敏度91%，特异性95.5%），但其针式设计难以用于胃肠道等敏感器官。

为解决这一难题，来自德黑兰大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，提出了一种革命性的解决方案：通过金属辅助化学蚀刻（MACE）技术制备垂直排列的硅纳米线（SiNWs），将其与金参比/对电极集成，构建出可穿戴的平面触摸式电化学生物传感器。该传感器通过循环伏安法（CV）实时检测组织表面ROS差异，在6 μm最优长度的SiNWs上，三阴性乳腺癌细胞产生18.5 μA（阳极）和33.7 μA（阴极）的显著电流峰，而健康细胞几乎无响应；小鼠模型中癌组织电流信号超40 μA，与正常组织形成鲜明对比。

关键技术方法
研究采用双步MACE法制备1-27 μm可调长度的SiNWs，通过扫描电镜（SEM）和电化学工作站优化参数；设计包含SiNWs工作电极、Au对/参比电极的三电极系统，集成定制读出电路；使用CM-H₂DCFDA荧光探针验证ROS水平；在MDA-MB-231乳腺癌细胞系和BALB/c小鼠模型中进行体外/体内测试。

研究结果

SiNWs癌症探测器设计与结构
通过控制AgNO₃浓度（0.01-0.04 M）和蚀刻时间（2-30分钟），获得直径80-200 nm、长度1-27 μm的SiNWs阵列。6 μm长度展现出最佳电化学活性表面积与机械稳定性平衡。

传感器表征
SEM显示银纳米颗粒均匀沉积是形成垂直SiNWs的关键。X射线衍射（XRD）证实SiNWs保留晶体结构，电化学阻抗谱（EIS）显示其电荷转移电阻比平面硅电极降低87%。

电化学性能
在0.1 M PBS（pH 7.4）中，SiNWs对H₂O₂的灵敏度达2.14 μA/mM，线性范围0.05-8 mM。乳腺癌细胞CV曲线在-0.35V和+0.28V出现特征氧化还原峰，与ROS水平呈正相关（R²=0.93）。

结论与意义
该研究首次将SiNWs的ROS检测能力转化为临床可用的平面触摸式传感器，其非侵入特性特别适用于胃肠道等敏感器官的术中扫描。相比CDP的针式设计，该传感器通过半导体工艺兼容的MACE技术实现低成本量产，检测限达50 nM ROS，响应时间<3秒。作者Hamed Abadijoo等指出，未来通过集成无线模块可实现实时数据传输，为精准肿瘤手术提供颠覆性工具。