Tunable Au@SiO2/Au Film Metasurface as Surface Plasmon Resonance Enhancer for Direct and Ultrasensitive Detection of Exosomes

表面等离子共振 化学 等离子体子 共振(粒子物理) 微泡 纳米技术 表面等离子体子 纳米颗粒 光电子学 材料科学 小RNA 物理 原子物理学 生物化学 基因
作者
Yangyang Zhou,Yawen Liu,Yindian Wang,Xiaojun Hu,Kwangnak Koh,Hongxia Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (25): 9663-9671 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c01451
摘要

Surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy with non-labelling, sensitive, and real-time properties is critical for clinical diagnosis applications. However, conventional SPR sensors face the challenge of lower sensitivity and selectivity for trace exosomes assay in complex serum. We proposed a core-shell Au@SiO2-Au film (Au@SiO2-Au film) metasurface to enhance SPR signal based on systematic study on the relationship between gap modes and SPR enhancement. The self-assembled multifunctional peptide was designed as recognition layer with antifouling properties for ultrasensitive and selective detection of PD-L1+ exosomes in serum. The tuning electromagnetic (EM) field model by manipulating the gap was established to guide the preparation of Au@SiO2-Au film metasurface. The in-plane and out-of-plane coupling of Au@SiO2 nanoparticles (NPs) could greatly enlarge and enhance three-dimensional EM field to meet the size of exosomes located in the evanescent field. At the structural level, we achieved high sensitivity (0.16 particles/mL) and a broad response range (10-5 × 103 particles/mL) through optimizing the thickness of SiO2 and surface coverage of Au@SiO2. Furthermore, clinical sample assay achieved the optimal diagnostic accuracy (AUC = 0.97) for differentiating cancer patients from healthy controls. This work provides an opportunity for the construction of a tunable gap mode as SPR enhancer in a total internal reflection architecture. The systematic study on the relationship between gap modes and SPR sensitivity provides a broad scope for promoting direct, efficient, highly selective, and sensitive detection of SPR sensors for clinical application.
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