基于连续体束缚态的超灵敏光子传感器解析SPARC-HSA结合动力学及其在肿瘤治疗中的意义

研究人员针对SPARC(富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白)与HSA(人血清白蛋白)的高亲和力结合动力学检测难题，开发了集成微流控的BIC(连续体束缚态)光子晶体传感器，实现了8.2±0.8 nM的KD(解离常数)精确测量，为肿瘤靶向药物递送系统优化提供了新工具。

　　

在肿瘤生物学领域，SPARC（富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白）与HSA（人血清白蛋白）的相互作用一直备受关注。这种蛋白-蛋白相互作用不仅参与细胞外基质重塑，更与肿瘤靶向药物（如白蛋白结合型紫杉醇）的递送效率密切相关。然而，由于二者结合强度极高（解离常数KD在纳摩尔级），传统检测技术如表面等离子体共振（SPR）和酶联免疫吸附试验（ELISA）难以精确捕捉其快速动力学过程，导致学术界对SPARC-HSA相互作用的定量研究长期存在争议。

为突破这一技术瓶颈，研究人员创新性地将光子晶体平板（PhCS）与微流控系统结合，利用连续体束缚态（BIC）的光学特性实现了超灵敏检测。通过精心设计的硅氮化物光子晶体结构，研究人员在Γ点（动量空间原点）构建了两个具有发散品质因数的BIC模式，其超高Q因子（理论上无限大）可灵敏捕捉由分子结合引起的折射率变化。实验采用"反向固定策略"——将HSA共价固定在传感器表面而非SPARC，有效避免了白蛋白非特异性吸附的干扰。

关键技术方法包括：1）通过严格耦合波分析（RCWA）优化光子晶体几何参数（晶格常数a=363 nm，孔半径r=95 nm，厚度t=56 nm）；2）微流控芯片集成实现动态监测（流速10 μL/min）；3）基于Fano共振线形演变的双重追踪参数（波长位移Δλ和品质因子Q）提升检测灵敏度；4）迈克尔森-门顿模型拟合动力学曲线。

【3.1 光子晶体几何优化】
通过调节孔半径r与厚度t的比例，成功在Dirac锥（狄拉克锥）解耦区域实现双BIC模式。当r/t=1.7时，λ₂和λ₃模式在Γ点呈现明显BIC特性，其波长位移对4-7 nm生物分子层的折射率变化（n=1.33-1.60）表现出线性响应。

【3.3 功能化策略优化】
对比实验证实HSA固定策略的优势：当以HSA为生物探针时，SPARC解离阶段出现显著蓝移（Δλ=-0.3 nm），而反向固定方案则无此现象。表面等离子体处理结合BS³（双硫代琥珀酰亚胺辛二酸酯）交联确保了HSA取向稳定性。

【3.4 解离常数测定】
动态监测显示SPARC结合遵循1:1化学计量模型，测得k_a=(1.7±0.2)×10⁶ M^-1s^-1，k_d=(1.4±0.1)×10^-2 s^-1，最终KD=8.2±0.8 nM。该结果较传统SPR技术（报道值18.9±2.3 μM）灵敏度提升三个数量级，且无需抗体标记。

这项发表于《Biosensors and Bioelectronics》的研究具有双重突破意义：在技术上，首次将BIC光学模式应用于高亲和力蛋白互作检测，通过Dirac锥调控实现了超窄线宽（<0.25 nm）共振；在医学应用上，为SPARC阳性肿瘤的靶向治疗提供了精准的定量依据。特别是对nab-紫杉醇等白蛋白载体药物的肿瘤靶向性预测具有重要指导价值。未来该平台可扩展至多重肿瘤标志物检测，为个体化医疗提供新工具。