近日，暨南大學鄭先創教授、劉曉帥副教授通過結合光學操控技術和分子影像方法，利用聚焦高斯光束作為虛擬操控手柄，以合成的納米熒光探針作為微納傳感探頭，構建了一種可用於活體血管內多種生物標誌物掃描探測和定量分析的光控虛擬式微傳感器（OCViM）。相關工作以「Optically Controlled Virtual Microsensor for Biomarker Detection In Vivo」為題發表在《Advanced Materials》期刊上（DOI:10.1002/adma.202205760），論文的第一作者為在讀博士生張天歌。
活體內生物標誌物的實時檢測對於表徵生物體內的生理機制和病理過程至關重要。目前，針尖式微電極和分子影像方法等主流策略分別需要將幾十到幾百微米的針尖插入到活體內部或者被動依賴成像探針的隨機分布，分別存在着高侵入性和空間分辨率不足、以及缺乏主動操控的問題。針對以上挑戰，鄭先創教授、劉曉帥副教授等人將分時復用的掃描光鑷技術和受激響應的上轉換熒光探測技術相結合，提出並開發了一種可用於活體血管內多種生物標誌物實時探測的光控虛擬式微傳感器。該傳感器包括微納探頭和虛擬手柄兩部分，其中：微納探頭為特殊設計的納米熒光探針，由上轉換納米顆粒、對生物標誌物有熒光響應的的分子傳感器和兩親性高分子組成（圖1），可以在1064 nm激光的激發下產生藍色熒光，進而通過能量轉移誘導表面的分子傳感器產生綠色或紅色熒光。由於分子傳感器的發光強度依賴於周圍生物標誌物的濃度，可以通過分析熒光強度的變化，實現特定生物標誌物（如O2、pH和ROS等）的實時檢測。同時，聚焦的1064 nm激光還可以作為虛擬的操控手柄，實現微納探頭在活體血管內的可控遷移，進而使用同一個傳感探頭實現不同位置生物標誌物的掃描探測（精度：0.91 mm）。基於光學操控技術多點掃描和快速切換的優勢，還可以捕獲多個傳感器探頭構建微傳感器陣列，應用於不同位置生物標誌物的同時探測（圖2和3）。利用構建的虛擬式微傳感器，作者在斑馬魚血栓模型上成功實現了對生物標誌物的表達水平和異質性分布的實時檢測（圖4和5），並且綜合評估了抗血栓藥物的治療效果（圖6），為研究血栓的發生發展機制和抗血栓藥物的療效評估提供了有力工具。這種基於光學操控和熒光激發構建的虛擬式微傳感器，如同一盞在血管內可以照亮病灶的「納米燈籠」，藉助於光學操控這隻無形的手，可以實現不同病灶處特定生物標誌物的非侵入性、高時空精度、可編程、多功能的定量檢測，有望為活體內生物標誌物的實時探測提供一種新方法，在多種疾病的機制研究和藥物研發等領域具有潛在的應用前景。
圖2 OCViM在體外對生物標誌物的多點及定量檢測。
圖4 OCViM檢測血栓附近不同位置ROS的表達情況。
圖5 OCViMs檢測血栓附近PO2和pH的分布情況。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205760
鄭先創，暨南大學納米光子學研究院教授、博導。2010年於南京大學材料與工程系獲理學學士學位，2015年於南京大學高分子科學與工程系獲理學博士學位。2015-2019年在斯坦福大學醫學院從事博士後研究工作，2020年加入暨南大學納米光子學研究院。研究方向為智能光學探針及其生物醫學應用。代表性研究論文發表於 Nat. Biomed. Eng.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Cancer Res.、Nano Lett. 等期刊，曾獲江蘇省優秀博士論文、江蘇省科學技術獎一等獎（第2完成人）等獎項。
劉曉帥，暨南大學納米光子學研究院副教授、碩士研究生導師。2017年6月於中山大學獲得工學博士學位，同年7月加入暨南大學納米光子學研究院，2020年10月晉升為副教授。研究方向為活體內的生物光子器件組裝和光學操控。代表性研究論文發表於Adv. Mater., ACS Cent. Sci.,Adv. Sci., Small, Biosens. Bioelectron.等期刊，獲授國家發明專利5件，並獲得2018年度廣東省自然科學一等獎（第6完成人）。相關進展
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