程序性死亡配体1（PD-L1）是肿瘤细胞用来参与T细胞免疫检查点的一种重要分子。PD-L1阳性（PD-L1+）外泌体有可能作为抗程序性细胞死亡蛋白1（抗PD-1）治疗的临床结果的预测因子，并可作为肿瘤负担的生物标志物。因此，PD-L1+外泌体的检测对于临床诊断和精准医学至关重要。具有非标记、灵敏和实时特性的表面等离子体共振（SPR）光谱对临床诊断应用至关重要。然而，传统的SPR传感器面临着在复杂血清中检测痕量外泌体的灵敏度和选择性较低的挑战。上海大学陈红霞基于对间隙模式与SPR增强之间关系的系统研究，提出了一个核-壳Au@SiO2-Au薄膜(Au@SiO2-Au膜）超表面增强SPR信号。设计了自组装的多功能肽作为具有防污性能的识别层，用于超灵敏和选择性检测血清中的PD-L1+外泌体。结果显示，临床样本分析在区分癌症患者和健康对照组方面达到了最佳诊断准确性（AUC=0.97）。相关工作以“Tunable Au@SiO2/Au
Film Metasurface as Surface Plasmon Resonance Enhancer for Direct and
Ultrasensitive Detection of Exosomes”为题发表在国际著名期刊Analytical
Chemistry上。要点1. 作者通过不同厚度的均匀且光学透明的二氧化硅（SiO2）壳，金纳米颗粒（AuNPs）核设计了一种合理的设计方法。其中，SiO2壳用作间隔层，精确控制单个AuNPs和金膜之间低于5 nm的间距，从而在膜-纳米颗粒结处产生显著的调谐电磁场（EM）增强。此外，Au@SiO2当纳米颗粒形成二聚体结构时，它们促进了平面外热点处的明显EM场增强。要点2. 作者通过优化SiO2的厚度和Au@SiO2，平面内和平面外耦合Au@SiO2纳米颗粒（NP）可以极大地放大和增强三维EM场，以满足位于倏逝场中的外泌体的尺寸。作者进一步研究了不同膜纳米颗粒间距与SPR增强性能之间的相关性，这是由SPR对不同浓度NaCl溶液引起的折射率（RI）变化的敏感性决定的。要点3. 作者实现了对肿瘤标志物PD-L1+外泌体的直接和高灵敏度检测。结果显示，临床样本分析在区分癌症患者和健康对照组方面达到了最佳诊断准确性（AUC=0.97）。该工作为在全内反射结构中构建可调谐间隙模式作为SPR增强器提供了机会。对间隙模式与SPR灵敏度之间关系的系统研究为促进SPR传感器在临床应用中的直接、高效、高选择性和灵敏检测提供了广阔的空间。图1. 壳厚度为2
nm的Au@SiO2核壳纳米颗粒（NPs）基SPR生物传感器用于直接测定程序性死亡配体1阳性（PD-L1+）外泌体的原理图。图3.当流经具有不同折射率（RI）的溶液时，不同设计的传感界面的原始SPR光谱（a，b）给定RI变化的共振角偏差。FDTD模拟（c）模拟的设计的不同界面处的电场以及黄线（d）指示的位置处的电场分布。图4.裸金芯片或具有不同外壳厚度的Au@SiO2纳米颗粒（0、2和5nm）修饰的金芯片谐振角偏移和折射率（RI）之间的线性拟合（a）以及对应斜率（b）（RI灵敏度）。裸金芯片或用不同浓度的Au@SiO2 NPs修饰金芯片上共振角偏移和RI之间的线性拟合图像（c）和RI灵敏度（对应的斜率）（d）。图5.（a）Au@SiO2核-壳NPs（壳厚度为2 nm）修饰金芯片界面电场分布的模拟。（b）黄色虚线表示电场强度沿着Y轴（b）和沿着X轴（c）的变化。（d）从（a）中提取的与外泌体的位置相对应的电场分布。（d）中用黄色标记的值是外泌体位置处的电场强度的总和。（e−h）所传达的含义与（a−d）所描绘的含义相同，区别在于界面由裸金片组成。黄色圆圈表示外泌体可能与界面结合的潜在位点。图6. 由流过感测界面的不同浓度的PD-L1+外泌体（10、50、100、500、1000和5000个粒子/mL）引起的SPR倾角变化的感测图曲线图像（a）和线性拟合图像（b）。抗坏血酸（AA）、谷胱甘肽（GSH）、葡萄糖（Glu）、牛血清白蛋白（BSA）、免疫球蛋白（IgG）和PD-L1+外泌体诱导的SPR倾角偏移的感测图曲线图像（c）和显著差异分析（d）。（e）通过传感器在2 nm纳米间隙模式下检测到的血清PD-L1+外泌体，比较乳腺癌患者（n=11）和健康献血者（n=1）之间的SPR角位移。采用t检验对两组患者进行统计学比较。（f）测定的ROC曲线。（g）不同方法检测限的比较。Tunable Au@SiO2/Au
Film Metasurface as Surface Plasmon Resonance Enhancer for Direct and
Ultrasensitive Detection of Exosomes
Yangyang Zhou, Yawen Liu, Yindian Wang, Xiaojun Hu,
Kwangnak Koh, Hongxia Chen*DOI: https:///10.1021/acs.analchem.3c01451
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