韩国材料科学研究所（KIMS）的先进生物与医疗材料研究部的郑浩尚博士及其研究团队开发出一种光学生物传感器，能够以高灵敏度检测血液中微量的癌细胞DNA，从而实现癌症的早期诊断。相关研究成果发表在《先进科学》（Advanced Science）杂志上。
相比传统的液体活检技术，这种生物传感器具有更高的灵敏度和特异性，其突出特点在于仅通过光信号和基于人工智能的分析即可实现癌症的早期诊断，无需复杂的检测程序。
当癌细胞发展时，血液中的DNA表面会发生细微的化学变化，即DNA甲基化现象。
在癌症早期阶段，甲基化DNA的浓度极低，传统生物传感器难以实现高灵敏度检测。
为克服这一难题，研究团队开发了一种新的生物传感器材料技术，能够在无需额外处理或复杂分析步骤的情况下，通过高灵敏度光学信号和人工智能分析检测甲基化DNA。
研究团队将高灵敏度光学信号与人工智能分析技术结合到等离子体材料中。这种材料在光的刺激下可以将DNA分子的光学信号放大超过1亿倍，从而能够检测到极其微量的DNA。结果表明，该生物传感器可以在癌症早期阶段检测到浓度低至25 fg/mL（飞克每毫升）的甲基化DNA。这意味着将1/25,000颗糖粒溶解在1滴水中，也能检测到糖的存在。这一灵敏度较传统生物传感器提高了1,000倍。
研究团队将该生物传感器应用于60名结直肠癌患者的血液样本，检测癌症存在的准确率达到99%。此外，该生物传感器还能以高精度区分从I期到IV期的癌症阶段。
该分析仅需100 μL（微升）血液，并在20分钟内完成，显示出极其简便且快速的诊断过程。
该技术无需预处理即可实现对微量癌症DNA的高灵敏度检测，因此在早期癌症诊断市场中具有极强的竞争力。
与传统设备相比，它显著减少了分析时间和成本，有望应用于医院、健康筛查中心、家庭诊断套件和便携式诊断设备。不仅适用于精准医学，还非常适合即时检测（Point-of-Care Testing, POCT）应用。
KIMS高级研究员、该项目负责人郑浩尚博士表示：“这项技术不仅可用于早期癌症检测，还可用于预测预后和监测治疗反应，是一个下一代诊断平台。”
“我们计划将该技术扩展到包括自身免疫疾病和神经系统疾病在内的多种疾病领域。”
更多信息：
Muhammad Shalahuddin Al Ja'farawy等，《Plasmonic Molecular Entrapment for Label-Free Methylated DNA Detection and Machine-Learning Assisted Quantification》，《Advanced Science》（2025）。DOI: 10.1002/advs.202503257
期刊信息：Advanced Science
提供单位：国家科学与技术研究委员会
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