【科研动态】华中科技大学生命学院胡文君副教授、刘钢教授团队《CEJ》：用于超灵敏分子互作分析的微型化腔...

　　

分子相互作用的研究对于新药开发和疾病治疗具有重要意义。9月16日，华中科技大学生命科学与技术学院胡文君副教授、刘钢教授团队携手量准公司黄丽萍博士团队以及中国药科大学孙春萌教授团队提出了一种基于腔反射增强MetaSPR传感器的小型微流控装置，用于超灵敏分子相互作用分析，可广泛应用于早期诊断、小分子药物开发、药物靶点发现和分子垂钓等领域。该研究成果以名为“A Miniaturized Microfluidic Nanoplasmonic Sensor with Cavity Reflection Enhancement for Ultrasensitive Molecular Interaction Analysis”发表于中科院一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》（DOI: 10.1016/j.cej.2024.155896）。

 

团队受光学谐振腔的启发，利用其拥有的国际最新MetaSPR光学芯片专利技术首次在MetaSPR芯片背面镀银作为全反射镜，芯片正面作为腔谐振器的部分反射以制作NSCRE传感器，用于超灵敏检测分子之间的相互作用以及对分析物的定量检测。此外团队还将空气段引入微流控系统中试剂和缓冲液之间，可以有效地阻止扩散效应，避免交叉污染。然而空气的引入使得数据波动巨大，因此，本研究开发了一种基于深度学习模型的神经网络数据处理系统以消除空气段引起数据的显著波动。

 

图1 基于腔反射增强的便携式微流控装置及检测方法示意图。(a)基于腔反射增强（CRE）的MetaSPR (NSCRE)传感器原理。(b)测试芯片表面羧基化修饰与配体固定示意图。(c)该微流控设备包括光源、光谱仪、NSCRE传感器、自动注射装置和流道。(d)双通道测试芯片与参比芯片检测分析物示意图。

 

该研究开发的便携式一体化微流控设备可以组装不同功能的NSCRE传感器（在NSCRE芯片表面进行不同的修饰包括羧基化、亲和素、抗Flag标签、三维葡聚糖和Nα， Nα-二(羧甲基)- l -赖氨酸水合物(NTA)等形成不同的生物传感器）以检测慢速或快速动力学结合特性的分子相互作用，同时该传感器可以实时检测小分子和大分子(0.259～150 kDa)之间的相互作用，其灵敏度相比于之前传统SPR报道的结果提高了50倍。其研究成果也成功转化为量准（武汉）生命科技有限公司产品 weSPR one auto (图2).

 

图2.量准（武汉）生命科技有限公司产品 weSPR one auto。

 

通过优化芯片的纳米结构、材料组成和芯片表面修饰方法，后续有望将传感器的灵敏度提升到飞摩尔水平。团队开发的多功能NSCRE传感器可广泛应用于小分子药物开发、靶点发现、分子垂钓领域、生命科学研究、早期诊断等生物医学领域。

华中科技大学生命科学与技术学院樊洪利博士生和陈铭潜博士生为论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。该研究联合我校生命学院、中国药科大学、量准（武汉）生命科技有限公司等国内产、学、研多家单位共同参与研发。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155896