近期，武汉纺织大学洪少力团队与武汉大学口腔医院余自力团队合作，开发了一种基于微流控平台的单层荧光计数策略，用于超灵敏检测肿瘤细胞来源的细胞外囊泡，通过免疫磁性微球捕获和分离囊泡，并利用新设计的阶梯楔形微流控结构实现高效计数，显著提高了检测灵敏度和特异性，适用于早期癌症诊断。相关研究以“Monolayer-Fluorescence Counting for Ultrasensitive Detection of Tumour Cell-Derived Extracellular Vesicles Using a Step-wedge Microfluidic Platform”为题目，发表在期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种基于微流控平台的单层荧光计数策略，用于超灵敏检测肿瘤细胞来源的细胞外囊泡。

2、利用免疫磁微珠捕获并分离细胞外囊泡，通过增强型声波微流控通道与抗体修饰的荧光微珠充分混合并反应，形成荧光标记的免疫复合物。

3、新设计的阶梯楔形微流控结构可大量捕获微米级颗粒形成单层，减少流体阻力，通过计数法读取检测信号，避免了背景干扰，实现了850个颗粒/mL的超低检测限。

4、该方法在临床样本中展现了高可靠性和特异性，并基于此平台开发了小型化检测设备，提高了检测的自动化程度。

什么是细胞外囊泡？它们在癌症诊断中为何如此重要？

细胞外囊泡是细胞分泌的膜性囊泡，携带着来自母细胞的各种功能性分子，如核酸和蛋白质。细胞外囊泡的分子特征可以很好地反映其来源细胞的状态，这为基于细胞外囊泡的液体活检提供了理论依据。

在癌症诊断中，细胞外囊泡的重要性体现在以下几个方面：

1、非侵入性标志物：细胞外囊泡可以通过体液（如血液、尿液）进行检测，提供了一种非侵入性的癌症检测方法。

2、早期诊断：由于细胞外囊泡能够反映肿瘤细胞的分子特征，其检测有助于在癌症早期阶段识别肿瘤的存在。

3、高特异性和灵敏度：细胞外囊泡携带的分子信息具有高度特异性和灵敏度，可以用于区分不同类型的癌症和评估疾病进展。

4、动态监测：通过检测细胞外囊泡，可以动态监测癌症患者的治疗反应和疾病进展。

综上所述，细胞外囊泡作为重要的肿瘤生物标志物，在癌症的早期诊断和监测中具有重要的应用价值。

该研究中开发的微流控平台如何实现对肿瘤细胞衍生的细胞外囊泡的超灵敏检测？

1、免疫磁性微珠（IMBs）捕获：利用IMBs捕获肿瘤细胞衍生的细胞外囊泡，通过特定的抗体与囊泡上的抗原结合，实现从复杂生物样本中的有效分离。

2、声波微流控通道混合：通过增强型声波微流控通道，增强磁珠-细胞外囊泡免疫复合物与抗体修饰的荧光微珠（IFBs）之间的混合和反应，提高检测的效率和准确性。

3、阶梯楔形微流控结构：新设计的阶梯楔形微流控结构能够在台阶区域大量捕获微米级颗粒形成单层，减少流体阻力，并通过计数法读取检测信号。

4、单层荧光计数策略：通过单层荧光计数策略，避免了背景干扰，实现了850个颗粒/mL的超低检测限，提高了检测的灵敏度。

5、小型化检测设备：基于微流控平台开发的小型化检测设备，提高了检测的自动化程度，使得操作更为简便，有助于在临床环境中的应用。

图1.（A）IMBs和IFBs生成原理。（B）FBs和IFBs的Zeta电位表征。（C-E）IMBs的显微镜图像。比例尺为100μm。

图2.（A）声波产生和混合原理。（B）不同频率条件下的荧光强度。（C-D）OFF/ON切换前微通道的荧光图像。比例尺为500μm。

图3.（A）阶梯楔形微流体设计示意图。（B）单层微珠的示意图。（C）阶梯楔形微流控芯片的显微镜照片。（D）单层微珠的显微镜照片。比例尺为25μm。

图4.（A-H）不同肿瘤来源的细胞外囊泡的荧光图像，浓度为0、1×10³、1×10⁴、1×10⁵、5×10⁵、1×10⁶、1×10⁷、1×10⁸个粒子/mL。（I）在10³～10⁷个粒子/mL范围内不同浓度的线性响应。比例尺为50μm。

图5.来自口腔癌症患者（#1-#5）和健康供体（#6-#10）的唾液样本的直方图。

图6.小型检测装置的图示。（A）该装置正面的示意图。（B）该装置的正视图图像。（C）该装置背面的示意图。（D）该装置背面的图像。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136786