在男性健康領域，前列腺癌一直是一個不容忽視的“健康殺手”。近年來，前列腺癌的發病率在全球範圍內呈上升趨勢，嚴重威脅著男性的生命健康。據相關資料顯示，前列腺癌已成為男性常見癌症之一，早期準確檢測對於提高患者生存率、改善預後至關重要。然而，傳統的檢測方法，如前列腺特異性抗原（PSA）檢測，存在一定的侷限性，在PSA處於4 – 10 ng/mL的“灰色地帶”時，難以準確區分前列腺癌和良性前列腺增生，容易導致誤診或漏診，這也促使科研人員不斷探索更加精準、有效的檢測技術。
近日，Biosens Bioelectron發表的一項研究Titanium nitride meta-biosensors targeting extracellular vesicles for high-sensitivity prostate cancer detection為前列腺癌檢測帶來了新的希望。科研團隊成功研發出一種TiN/Al元生物感測器（TAM），在前列腺癌檢測方面展現出卓越的效能。
在研發TAM之前，科研人員對現有生物感測器進行了深入研究。傳統基於貴金屬的生物感測器，雖然在生物感測方面表現出良好的效能，但由於貴金屬成本高昂，使得這類感測器難以大規模應用於臨床檢測。而鋁（Al）和氮化鈦（TiN）作為非貴金屬材料，因成本較低受到關注。鋁具有良好的等離子體特性，TiN則具備出色的化學穩定性，然而，鋁的化學穩定性較差，在複雜環境中容易發生反應，TiN的等離子體效應相對較弱，這些缺點限制了它們在生物感測器領域的應用。基於此，科研團隊巧妙地將二者結合，充分發揮各自的優勢，構建出了TAM。
圖 1：TiN/Al元生物感測器示意圖
TAM在各項效能測試中表現優異。在光學效能方面，TAM在可見光譜範圍內呈現出獨特的等離子體共振特性。研究人員透過實驗測量其反射光譜，發現TAM在特定波長處出現明顯的共振峰，這一特性為後續的生物感測檢測提供了關鍵的光學基礎。
在穩定性測試中，TAM展現出卓越的效能。無論是高溫、潮溼的環境，還是在不同酸鹼度的溶液中，TAM都能保持穩定，其等離子體共振波長的變化極小。相比之下，傳統的生物感測器在類似環境下，效能往往會受到較大影響。這主要得益於TiN的保護作用，它能有效抵禦外界因素對感測器的干擾。在機械效能上，TAM同樣表現出色，具有較高的硬度和良好的耐磨性，能夠適應複雜的檢測操作。
生物感測靈敏度是衡量生物感測器效能的重要指標，TAM在這方面的表現令人驚喜。它對血清中小細胞外囊泡（sEVs）的檢測具有超高靈敏度。研究資料顯示，TAM檢測sEVs的檢測限低至皮摩爾（pM）甚至阿託摩爾（aM）級別，動態檢測範圍也很廣。這意味著即使血清中sEVs的含量極低，TAM也能精準檢測到，大大提高了檢測的準確性。
在前列腺癌檢測的臨床應用中，TAM展現出顯著優勢。在早期診斷方面，科研團隊利用TAM構建了高靈敏度的檢測系統。透過檢測血清中與前列腺癌相關的sEVs，結合前列腺特異性膜抗原（PSMA）等標誌物，TAM能夠在PSA檢測的“灰色地帶”，有效區分前列腺癌患者和良性前列腺增生患者。
研究表明，TAM檢測的診斷靈敏度高達100%，能夠準確識別早期癌症，突破了傳統檢測方法的限制。在術後監測方面，TAM同樣發揮了重要作用。對於接受手術治療的前列腺癌患者，TAM可以透過監測血清中sEVs的變化，提前預測癌症的復發風險。研究人員對一組患者進行跟蹤監測發現，TAM檢測能夠比傳統的PSA檢測更準確地預測復發風險，將預測準確率提高了一倍，為患者後續的治療方案調整提供了重要依據。
圖 2：TiN包覆的鋁元感測器（TAMs）對小細胞外囊泡的分析用於早期前列腺癌診斷
圖 3：透過sEVs-TAMs進行臨床預後以預測前列腺癌復發風險
總體而言，TiN/Al元生物感測器（TAM）的出現，為前列腺癌的早期診斷和術後監測提供了一種低成本、高靈敏度的新選擇。它不僅在效能上超越了傳統生物感測器，而且在臨床應用中取得了令人矚目的成果。
不過，目前該技術仍處於研究階段，後續還需要進一步最佳化生物功能化方案，擴大臨床樣本量進行驗證，以確保其在實際臨床應用中的可靠性和穩定性。相信在科研人員的不斷努力下，TAM有望成為未來前列腺癌檢測的重要工具，為廣大男性的健康保駕護航。
參考文獻：
Li F, Jiang Y, Wang X, et al. Titanium nitride meta-biosensors targeting extracellular vesicles for high-sensitivity prostate cancer detection. Biosens Bioelectron. Published online February 19, 2025. doi:10.1016/j.bios.2025.117288
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