基于二硒化钼的光纤生物传感器用于肺癌相关DNA的高灵敏度检测

研究人员针对肺癌早期诊断中DNA检测灵敏度不足的问题，开发了一种基于二硒化钼（MoSe2）纳米材料的光纤LSPR生物传感器。通过优化单链DNA固定参数和杂交条件，该传感器实现了0.07-1000 nM的线性检测范围和88.58 pM的检测限，响应时间仅1秒，在选择性、灵敏度方面显著优于传统方法，为肺癌分子诊断提供了新工具。

　　

肺癌作为全球癌症死亡的首要原因，早期诊断面临重大挑战。传统检测方法存在灵敏度低、耗时长等局限，而DNA分子标志物的精准检测对实现早诊早治至关重要。在这一背景下，光纤生物传感器因其抗电磁干扰、微型化等优势崭露头角，但传统金膜SPR传感器存在生物分子吸附率低的瓶颈。二硒化钼(MoSe₂)这类二维过渡金属二硫化物(TMDs)因其独特的电子结构和光学特性，为解决这一难题提供了新思路。

伊斯兰阿扎德大学亚兹德分校电气工程系的Hamed Taheri团队在《Sensing and Bio-Sensing Research》发表研究，开发了一种基于Au/MoSe₂/金纳米颗粒(AuNPs)三层结构的光纤LSPR传感器。该研究通过优化光纤腐蚀厚度(59-92 μm)、DNA固定时间(70分钟)和探针浓度(8 μM)等参数，实现了对肺癌相关DNA序列的超灵敏检测。

关键技术包括：1）氢氟酸腐蚀法制备锥形光纤；2）磁控溅射沉积50 nm金膜；3）MoSe₂纳米片溶液浸渍涂层；4）AuNPs增强LSPR效应；5）硫醇化ssDNA探针固定技术。使用22碱基的肺癌相关DNA序列（5′TCAACATCAGTCTGATAAGCTA3’）作为检测靶标。

【研究结果】

3.1 输入功率优化：发现5 dB输入时光纤损耗趋于稳定，确保信号稳定性。

3.2 固定时间优化：70分钟时折射率变化达峰值，过长会导致DNA非特异性吸附。

3.3 探针浓度优化：8 μM浓度下获得最佳信噪比，过高浓度引起探针聚集。

3.4 选择性验证：传感器可区分完全互补链（ΔRI=0.042）与单碱基错配链（ΔRI=0.015），三碱基错配链几乎无响应。

3.5 检测性能：在0.07-1000 nM范围内呈线性响应，检测限达88.58 pM，比传统光纤SPR传感器（如MoS₂基传感器0.22 nM）灵敏度提高2个数量级。

【结论与意义】

该研究创新性地将MoSe₂的窄带隙特性（1.55 eV直接带隙）与AuNPs的LSPR效应相结合，通过Van der Waals力增强生物分子吸附，使传感器在1秒内即可完成检测。相比文献报道的葡萄糖传感器（LOD 4.1 nM）或凝血酶传感器（LOD 0.56 nM），其检测限降低至皮摩尔级，且能识别单碱基差异。这种传感器为肺癌等疾病的POCT（床旁检测）提供了新方案，其模块化设计还可拓展应用于其他疾病标志物检测。未来通过集成微流控技术，有望实现临床样本的高通量筛查。