三维自组装纳米结构SiO2微流控芯片用于乳腺癌细胞外泌体的高效捕获与检测

乳腺癌早期诊断面临灵敏度不足的挑战，Carolina Cabeza团队开发了一种基于三维自组装SiO2纳米结构的微流控芯片，通过靶向CD63/CD81抗体实现肿瘤源性细胞外囊泡(EVs)的特异性捕获。该技术突破了传统超速离心法的低效局限，为无创液体活检提供了新策略，研究成果发表于《Journal of Biological Engineering》。

　　

研究背景
癌症是全球主要死因之一，而晚期诊断是导致高死亡率的关键因素。传统诊断方法如组织活检具有侵入性，且灵敏度有限。近年来，肿瘤源性细胞外囊泡(Extracellular Vesicles, EVs)因其携带母细胞特征分子（如CD63、CD81蛋白），成为液体活检的理想靶标。然而，现有EVs检测技术如超速离心法耗时耗力，且回收率低。如何实现EVs的高效捕获与快速检测，成为癌症早诊领域的重大挑战。

研究设计与技术路线
智利安德烈斯·贝洛大学、智利大学等机构联合团队开发了三维自组装SiO₂纳米结构微流控芯片。关键技术包括：1) 采用St?ber法合成单分散SiO₂纳米颗粒（平均粒径265±32 nm）；2) 通过软光刻技术制备PDMS微流控器件；3) 纳米颗粒表面功能化（APTES/Protein A）并偶联CD81/CD63抗体；4) 使用MDA-MB-231和MCF-7乳腺癌细胞系培养上清作为EVs来源；5) 结合荧光显微术、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)多模态验证捕获效果。

研究结果
1. SiO₂纳米颗粒的合成与表征
通过SEM确认纳米颗粒呈单分散球形（图1A），平均直径265±32 nm（图1B），zeta电位-50.6±6.5 mV（图1D），表明其优异的胶体稳定性。紫外光谱显示特征吸收峰在195 nm（图1E），符合二氧化硅材料特性。

2纳米颗粒表征：(A)SEM图像；(B)粒径分布直方图；(D)Zeta电位；(E)紫外吸收光谱'>

2. 微流控芯片的构建与功能化
设计的锯齿形微通道（图2A）通过PDMS软光刻实现（图2D）。注入SiO₂纳米颗粒后形成三维纳米结构（图2E），经Protein A导向抗体偶联，确保CD81抗体Fc段正确取向（图3E）。荧光标记显示抗体均匀分布在纳米结构表面（图3G）。

3. EVs的高效捕获与检测
芯片对超速离心富集的EVs捕获效率与原始培养上清相当（图4A）。SEM显示捕获的EVs保持完整球形形态（直径约60 nm，图4B）。AFM证实纳米结构表面粗糙度增加（补充图S3），流式细胞术验证MCF-7细胞CD81阳性率达96%（图4E）。

结论与意义
该研究首创的三维SiO₂纳米结构微流控芯片，通过CD81/CD63双靶向策略实现了乳腺癌EVs的高效捕获（灵敏度较平面结构提升显著）。相比超速离心法，该方法将样本处理时间从数小时缩短至单步孵育，且仅需35μL样本量。这种兼具特异性（抗体偶联）与灵敏性（三维纳米结构）的平台，为癌症无创诊断提供了新技术路径，相关成果已发表于《Journal of Biological Engineering》。未来可通过整合多重标志物检测，进一步推动其临床转化应用。