基于体积导向元等离子体激元传感的血清细胞外囊泡分析技术及其在肾癌快速诊断与监测中的应用

本文开发了一种基于体积导向元等离子体激元传感的创新方法，通过建立定量生物物理模型，将光谱位移与肾癌（KC）来源的小细胞外囊泡（sEVs）的尺寸分布关联起来。该技术突破了传统传感在异质性量化方面的局限，实现了低至141 particles/mL的超高检测灵敏度，并可在20分钟内完成检测，为肾癌早期诊断（AUC达90%）和术后复发监测（准确率100%）提供了强有力的工具。

　　

¹Highlight²

利用元表面实现异质性sEVs的“平衡体积”生物传感分析

³Fabrication of Metasurfaces⁴

我们采用柔性聚合物基底（Obducat AB, Sweden）通过热纳米压印技术复制镍模板上的纳米孔阵列。压印过程在150℃、40 bar条件下进行。随后，在涂有约210 nm厚TU-170紫外光刻胶（Obducat AB）的硅片上，于65°C、30 bar压力下进行1分钟压印，实现纳米结构的精确转印。

⁵Spectral Profiling of Heterogeneous sEVs by On-balance Volume Biosensing of Metasurface⁶

既往研究表明，人血清来源的sEVs具有显著异质性（详见图S3）。如图2a所示，sEVs的尺寸通常呈高斯分布，范围约40–200 nm。这种颗粒尺寸与浓度的异质性对准确量化健康或肿瘤来源sEVs的血清水平提出了重大挑战。我们的元表面生物传感技术通过“平衡体积”模型，将sEV的多样性与光谱响应相关联，实现了对异质性群体的精准量化。

⁷Conclusion⁸

我们深入揭示了元表面生物传感在异质性血清sEVs分析中的物理机制。通过光学模拟、理论推导与实验验证，建立了基于平衡体积的sEV量化方法。基于该原理，我们开发出集成生物芯片的高效检测系统，为肾癌及其他肿瘤的sEV检测提供了强大平台。