基于DNA适配体修饰的太赫兹超表面生物传感器用于TNF-α的特异性检测

本研究针对肿瘤坏死因子-α（TNF-α）检测方法存在耗时、依赖复杂仪器等问题，开发了一种基于核酸适配体修饰的太赫兹超表面生物传感器。通过微纳加工技术构建传感器，结合频率域光谱分析，实现了124.71 GHz/RIU的理论灵敏度，对TNF-α的检测限达0.1 ng/ml，且特异性优于卵清蛋白和乳清蛋白。该技术为癌症等疾病的实时无标记检测提供了新思路。

　　

肿瘤坏死因子-α（TNF-α）作为关键炎症因子，其异常表达与阿尔茨海默病、癌症等多种疾病密切相关。传统检测方法如ELISA、质谱等存在操作复杂、耗时长等局限。针对这一难题，国内研究人员创新性地将核酸适配体的高特异性识别能力与太赫兹超表面的电磁调控特性相结合，开发出新型生物传感平台。

研究团队采用微纳加工技术制备了以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和铜为材料的同心开口环谐振器超表面，通过有限时域差分法（FDTD）优化设计，实现124.71 GHz/折射率单位（RIU）的灵敏度。利用核酸适配体表面修饰策略，建立TNF-α浓度与谐振峰频移的线性关系模型（13.9 GHz/lg(ng/ml)）。实验证实该传感器对干扰蛋白的交叉反应性显著低于目标物，验证了其特异性识别能力。

关键技术包括：1）基于FDTD的亚波长超表面设计；2）微纳加工制备190 μm周期单元结构；3）核酸适配体表面功能化修饰；4）太赫兹频率域光谱检测系统。

【设计与建模】
通过同心开口环谐振器设计实现电磁场局域增强，理论计算显示该结构对介电环境变化敏感，为生物分子检测奠定基础。

【TNF-α检测】
频移实验证实0.1-100 ng/ml浓度范围内线性响应，且对卵清蛋白/乳清蛋白的响应差异达3倍以上，揭示核酸适配体-抗原相互作用的特异性。

【结论】
该研究突破传统免疫检测技术局限，为炎症标志物的无标记实时监测提供新方法，在癌症诊疗和药物递送监测领域具有转化潜力。论文发表于《Optics and Lasers in Engineering》，通讯作者为Zhi Hong和Xufeng Jing。