从“测不准”到“超精准”！TiN/Al元生物传感器基于血清小细胞外囊泡检测，实现早期精准诊断与术后风险预判

在男性健康领域，前列腺癌一直是一个不容忽视的“健康杀手”。近年来，前列腺癌的发病率在全球范围内呈上升趋势，严重威胁着男性的生命健康。据相关数据显示，前列腺癌已成为男性常见癌症之一，早期准确检测对于提高患者生存率、改善预后至关重要。然而，传统的检测方法，如前列腺特异性抗原（PSA）检测，存在一定的局限性，在PSA处于4 - 10 ng/mL的“灰色地带”时，难以准确区分前列腺癌和良性前列腺增生，容易导致误诊或漏诊，这也促使科研人员不断探索更加精准、有效的检测技术。

近日，Biosens Bioelectron发表的一项研究Titanium nitride meta-biosensors targeting extracellular vesicles for high-sensitivity prostate cancer detection为前列腺癌检测带来了新的希望。科研团队成功研发出一种TiN/Al元生物传感器（TAM），在前列腺癌检测方面展现出卓越的性能。

在研发TAM之前，科研人员对现有生物传感器进行了深入研究。传统基于贵金属的生物传感器，虽然在生物传感方面表现出良好的性能，但由于贵金属成本高昂，使得这类传感器难以大规模应用于临床检测。而铝（Al）和氮化钛（TiN）作为非贵金属材料，因成本较低受到关注。铝具有良好的等离子体特性，TiN则具备出色的化学稳定性，然而，铝的化学稳定性较差，在复杂环境中容易发生反应，TiN的等离子体效应相对较弱，这些缺点限制了它们在生物传感器领域的应用。基于此，科研团队巧妙地将二者结合，充分发挥各自的优势，构建出了TAM。

图 1：TiN/Al元生物传感器示意图

TAM在各项性能测试中表现优异。在光学性能方面，TAM在可见光谱范围内呈现出独特的等离子体共振特性。研究人员通过实验测量其反射光谱，发现TAM在特定波长处出现明显的共振峰，这一特性为后续的生物传感检测提供了关键的光学基础。在稳定性测试中，TAM展现出卓越的性能。无论是高温、潮湿的环境，还是在不同酸碱度的溶液中，TAM都能保持稳定，其等离子体共振波长的变化极小。相比之下，传统的生物传感器在类似环境下，性能往往会受到较大影响。这主要得益于TiN的保护作用，它能有效抵御外界因素对传感器的干扰。在机械性能上，TAM同样表现出色，具有较高的硬度和良好的耐磨性，能够适应复杂的检测操作。

生物传感灵敏度是衡量生物传感器性能的重要指标，TAM在这方面的表现令人惊喜。它对血清中小细胞外囊泡（sEVs）的检测具有超高灵敏度。研究数据显示，TAM检测sEVs的检测限低至皮摩尔（pM）甚至阿托摩尔（aM）级别，动态检测范围也很广。这意味着即使血清中sEVs的含量极低，TAM也能精准检测到，大大提高了检测的准确性。

在前列腺癌检测的临床应用中，TAM展现出显著优势。在早期诊断方面，科研团队利用TAM构建了高灵敏度的检测系统。通过检测血清中与前列腺癌相关的sEVs，结合前列腺特异性膜抗原（PSMA）等标志物，TAM能够在PSA检测的“灰色地带”，有效区分前列腺癌患者和良性前列腺增生患者。研究表明，TAM检测的诊断灵敏度高达100%，能够准确识别早期癌症，突破了传统检测方法的限制。在术后监测方面，TAM同样发挥了重要作用。对于接受手术治疗的前列腺癌患者，TAM可以通过监测血清中sEVs的变化，提前预测癌症的复发风险。研究人员对一组患者进行跟踪监测发现，TAM检测能够比传统的PSA检测更准确地预测复发风险，将预测准确率提高了一倍，为患者后续的治疗方案调整提供了重要依据。

图 2：TiN包覆的铝元传感器（TAMs）对小细胞外囊泡的分析用于早期前列腺癌诊断

图 3：通过sEVs-TAMs进行临床预后以预测前列腺癌复发风险

总体而言，TiN/Al元生物传感器（TAM）的出现，为前列腺癌的早期诊断和术后监测提供了一种低成本、高灵敏度的新选择。它不仅在性能上超越了传统生物传感器，而且在临床应用中取得了令人瞩目的成果。不过，目前该技术仍处于研究阶段，后续还需要进一步优化生物功能化方案，扩大临床样本量进行验证，以确保其在实际临床应用中的可靠性和稳定性。相信在科研人员的不断努力下，TAM有望成为未来前列腺癌检测的重要工具，为广大男性的健康保驾护航。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Li F, Jiang Y, Wang X, et al. Titanium nitride meta-biosensors targeting extracellular vesicles for high-sensitivity prostate cancer detection. Biosens Bioelectron. Published online February 19, 2025. doi:10.1016/j.bios.2025.117288