暨南大学郑先创组开发光控虚拟式微传感器用于活体内生物标志物的实时探测

活体内生物标志物的实时检测对于表征生物体内的生理机制和病理过程至关重要。目前，针尖式微电极和分子影像方法等主流策略分别需要将几十到几百微米的针尖插入到活体内部或者被动依赖成像探针的随机分布，分别存在着高侵入性和空间分辨率不足、以及缺乏主动操控的问题。针对以上挑战，郑先创教授、刘晓帅副教授等人将分时复用的扫描光镊技术和受激响应的上转换荧光探测技术相结合，提出并开发了一种可用于活体血管内多种生物标志物实时探测的光控虚拟式微传感器。该传感器包括微纳探头和虚拟手柄两部分，其中：微纳探头为特殊设计的纳米荧光探针，由上转换纳米颗粒、对生物标志物有荧光响应的的分子传感器和两亲性高分子组成（图1），可以在1064 nm激光的激发下产生蓝色荧光，进而通过能量转移诱导表面的分子传感器产生绿色或红色荧光。

由于分子传感器的发光强度依赖于周围生物标志物的浓度，可以通过分析荧光强度的变化，实现特定生物标志物（如O2、pH和ROS等）的实时检测。同时，聚焦的1064 nm激光还可以作为虚拟的操控手柄，实现微纳探头在活体血管内的可控迁移，进而使用同一个传感探头实现不同位置生物标志物的扫描探测（精度：0.91 mm）。基于光学操控技术多点扫描和快速切换的优势，还可以捕获多个传感器探头构建微传感器阵列，应用于不同位置生物标志物的同时探测（图2）。

利用构建的虚拟式微传感器，作者在斑马鱼血栓模型上成功实现了对生物标志物的表达水平和异质性分布的实时检测（图3），并且综合评估了抗血栓药物的治疗效果（图4），为研究血栓的发生发展机制和抗血栓药物的疗效评估提供了有力工具。这种基于光学操控和荧光激发构建的虚拟式微传感器，如同一盏在血管内可以照亮病灶的“纳米灯笼”，借助于光学操控这只无形的手，可以实现不同病灶处特定生物标志物的非侵入性、高时空精度、可编程、多功能的定量检测，有望为活体内生物标志物的实时探测提供一种新方法，在多种疾病的机制研究和药物研发等领域具有潜在的应用前景。

暨南大学纳米光子学研究院博士研究生张天歌为本论文的第一作者，郑先创教授和刘晓帅副教授为共同通讯作者。该论文得到国家自然科学基金项目资助。