综述:刺激响应智能材料赋能的高性能液体活检生物传感器

【字体: 时间:2025年07月02日 来源:Journal of Nanobiotechnology 10.6

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  这篇综述系统阐述了刺激响应智能材料(SRMs)在液体活检生物传感器中的前沿应用,重点探讨了机械响应(超声微泡/纳米机器人)、光响应(量子点/QDs、金属有机框架/MOFs)、磁响应(磁性纳米颗粒/MNPs)等七类材料的响应机制及其在循环肿瘤DNA(ctDNA)、microRNA等标志物检测中的性能提升策略,为开发高灵敏度、多靶标检测的即时诊断(POCT)设备提供了创新思路。

  

机械响应材料构建的生物传感器

超声微泡通过声空化效应突破血脑屏障(BBB),显著提升脑肿瘤标志物如EGFRvIII ctDNA的检出率。相变纳米液滴在聚焦超声(FUS)触发下气化产生微米级气泡,使小鼠模型中的cfDNA浓度提升2.7倍。声控纳米机器人如金纳米线(AuNWs)通过FRET效应实现单细胞水平HPV16 E6 mRNA检测,超声驱动使信号强度提升2.3倍。压电材料PZT 5H构建的柔性腕带可实现±3.68 mmHg精度的连续血压监测。

光响应材料的创新应用

人工酶模拟物如共轭微孔聚合物(CMP-PQx)通过可见光催化硫胺素氧化实现0.42 U L-1检测限的脲酶分析。CdSe量子点修饰的ZnIn2S4纳米片构建的光电化学传感器对ATP的检测限达0.1 pM。双发射MOF探针(BYCDs@ZIF-8)通过Cu2+介导的荧光猝灭实现0.9 nM谷胱甘肽(GSH)检测。等离子体纳米颗粒利用表面增强拉曼散射(SERS)使前列腺特异性抗原(f-PSA)检测限降至0.1 ng mL-1

磁响应与热响应技术突破

功能化MNPs通过布朗弛豫时间变化实现SARS-CoV-2核衣壳蛋白的免洗检测,COMPASS技术使抗体检测灵敏度达2 ng mL-1。热致变色材料结晶紫内酯(CVL)通过酶级联放大的光热效应,在45°C触发颜色变化实现心肌肌钙蛋白I(cTnI)的21 pg mL-1级检测。

生物响应材料的精准检测

DNA水凝胶通过溶胶-凝胶转换释放量子点标记物,对miRNA-155的检测限达0.41 fM。聚集诱导发光体(AIEgens)如TPE-Py通过焦磷酸盐(PPi)触发的荧光开启效应,实现1 U L-1碱性磷酸酶(ALP)活性分析。

这些技术突破仍面临稳定性、特异性等挑战,但多模式刺激响应系统的集成(如超声-磁联合)为复杂样本分析开辟了新途径。智能材料的持续创新将推动液体活检从实验室向临床和家庭应用的转化。

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