金属纳米颗粒“乐高积木”编码的无机质谱流式悬浮阵列

随着精准医学的深入发展，个体间生物学差异的复杂性逐渐显现，传统分析方法在多组分生物标志物检测中的局限性日益凸显。高通量分析手段的崛起，为提高癌症早期诊断效率及个性化医疗策略提供了重要支撑。其中，作为高通量分析的重要组成部分之一，悬浮阵列技术依托条形码微球的设计有效构建与生物标志物的一对一识别和检测机制，实现高通量多重检测，并以低样品消耗和丰富的检测通道等优势，推动下一代液体活检和基因测序等癌症早期诊断技术的发展。然而值得注意的是，现有悬浮阵列策略仍需要进一步突破条形码的种类与检测容量的上限，以满足日益增长的生物标志物多样化、复合化高通量分析的新需求。

过去20年，质谱技术在高通量分析领域取得了迅速发展。其中，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）凭借其高灵敏度、高通量和低样本需求，为多标记、多组分编码与分析开辟了全新路径。特别是基于飞行时间分辨ICP-MS（ICP-TOF-MS，无机质谱流式技术）的出现，进一步推动了多种金属元素信号的同步采集与解析，促进了基于无机质谱流式悬浮阵列的快速发展。不同于光学悬浮阵列，无机质谱流式悬浮阵列采用高分辨的金属稳定同位素进行编码，避开了光学编码中光谱重叠和能量转移等挑战，借助金属稳定同位素的种类多样性（多于54种金属编码元素）及质谱流式优质的检测动态范围（可覆盖9个数量级信号），为进一步突破悬浮阵列高通量检测容量上限提供了可能性。

图1. 金属纳米颗粒“乐高积木”编码与解码的示意图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

四川大学吕弋教授（点击查看介绍）研究团队基于无机质谱流式平台，提出了一种基于金属纳米颗粒“乐高积木”自组装的新型编码策略。该策略依托链霉亲和素-生物素通用结合模板，整合10种金属纳米颗粒在磁性微球表面进行自组装。通过灵活调控纳米颗粒的组装种类、组装浓度、组装形式，该策略大幅提升了编码多样性和条形码的分辨率，显著扩展了无机质谱流式的编码容量，并实现了可超过20,500种独特条形码的定制化设计和制备（如图1所示）。基于这一创新编码策略，团队进一步开发了一种无机质谱流式悬浮阵列的高通量多组分检测平台（Mass Cytometric Multi-Analyte Profiling, MassMAP），用于高通量癌症生物标志物的筛查和分析，并通过多重高通量免疫分析验证了该平台在生物检测方面的适用性（如图2所示）。值得一提的是，基于通用化的生物素-链霉亲和素结合模板，金属纳米颗粒的“乐高积木”编码具有广泛的兼容性，可无缝集成于主流商业化平台（如质谱蛋白质组学和Luminex xMAP技术）中，为下一代高通量筛选和检测技术的发展提供方法学思路。

图2. “乐高积木”编码的无机质谱流式MassMAP多组分检测平台流程图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者为四川大学黄自立博士。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Breaking Barcode Limits: Metal Nanoparticle Lego Brick Self Assembly for High-Throughput Screening

Zili Huang, Xiaobo Xie, Yi Wu, Rui Liu, and Yi Lv

J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.4c13706

刘睿教授简介

刘睿，四川大学教授、博士生导师。主要从事基于原子光谱/质谱的生物分析、食品分析、环境分析相关方法的教学科研工作。

https://www.x-mol.com/university/faculty/219271 

吕弋教授简介

吕弋，四川大学教授、博士生导师。研究兴趣主要包括分子在纳米界面作用和纳米标记为基础的环境与生物分析方法研究，涉及发光光谱分析、化学与生物传感、质谱分析等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/12770