零损耗半导体材料增强的超灵敏超表面生物传感器实现抗体-药物偶联物超高亲和力精准评估

针对高亲和力药物开发中灵敏度不足的瓶颈，研究人员创新性地开发了基于Nb2O5零损耗半导体材料的ZLSMSPR生物传感器。通过优化纳米杯阵列超表面结构和羧化葡聚糖接枝密度，将折射率灵敏度提升30倍，检测限低至0.018 μg/mL（44.5 pM），实现了抗体-药物偶联物（ADCs）与肿瘤靶标亲和力的无标记精准评估，为生物制药研发提供了高效分析工具。

　　

在靶向癌症治疗领域，抗体-药物偶联物（ADCs）被誉为"魔法子弹"，但其疗效高度依赖与肿瘤抗原的超高亲和力结合。传统表面等离子体共振（SPR）技术受限于灵敏度不足，难以精确评估fM级高亲和力相互作用。更棘手的是，抗体偶联细胞毒性药物后可能改变其结合特性，而现有技术无法实时监测这种细微变化。这些瓶颈严重制约了ADC药物的理性设计和疗效优化。

为解决这一难题，广州国家实验室等机构的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项突破性研究。他们巧妙利用五氧化二铌（Nb₂O₅）的零消光系数特性，开发出零损耗半导体材料增强超表面等离子体共振（ZLSMSPR）生物传感器。通过物理气相沉积构建纳米杯阵列超表面结构，结合卡宾光交联技术制备羧化葡聚糖高密度（ZLSMSPR-CDH）芯片，实现了ADC-靶标相互作用的超灵敏检测。

研究采用有限时域差分（FDTD）模拟优化芯片电磁场分布，通过折射率（RI）灵敏度测试验证性能提升。利用表面等离子体共振成像系统进行动力学分析，评估了多种ADC药物（包括靶向Her2、Trop2和CD19的临床候选药物）与肿瘤抗原的亲和力变化。

Simulation Model of Electric Field and Sensitivity Enhancement
FDTD模拟显示，Nb₂O₅-MLM芯片的自由电场活性显著优于传统钛基芯片。折射率灵敏度测试证实，该设计使检测限降低30倍，关键归因于Nb₂O₅抑制光连续损耗、增强表面等离子体共振效应的独特性能。

Conclusion
该研究首次将宽禁带半导体材料Nb₂O₅与MetaSPR技术结合，创制出检测限达44.5 pM的ZLSMSPR-CDH生物传感器。平台不仅能精确量化ADC药物与肿瘤靶标（如Her2、Trop2等）的亲和力，还可实时监测抗体偶联细胞毒性药物前后的结合特性变化。这种无需标记、高通量的分析方法，为ADC药物的亲和力优化、疗效预测提供了革命性工具。

这项工作的创新性体现在三个维度：材料学上首次利用Nb₂O₅的零损耗特性增强SPR效应；方法学上通过卡宾光交联实现羧化葡聚糖的三维稳定固定；应用层面则建立了ADC药物开发的关键质量评价体系。研究者特别指出，该平台可扩展至其他高亲和力生物分子互作研究，如免疫检查点抑制剂、双特异性抗体等，为精准医疗时代的药物研发提供了普适性解决方案。