英文原题：Multiplex Detection of Biomarkers Empowered by Nanomaterials

通讯作者：钟文婉，中国科学技术大学

作者：Zongbo Li (李宗博), Mingquan Guo (郭明全), Wenwan Zhong* (钟文婉)

研究背景：

生物标志物如蛋白质、核酸和代谢物是反映生理与病理过程的关键分子，对疾病诊断、监测治疗进程及评估疗效具有重要意义。然而，单一标志物的检测难以全面反映复杂疾病的生物学网络，限制了诊断和治疗决策的可靠性。因此，发展多个生物标志物同时检测的技术成为精准医学的重要研究方向。近年来，纳米材料凭借其独特的物理和化学性质，在实现高通量、高灵敏度、多标志物同时检测的生物分析中发挥了关键作用。结合不同策略如空间编码、信号编码、生物载体及机器学习辅助的数据解析等，纳米材料显著提升了多重检测技术的通量与精度。

内容介绍：

近日，钟文婉教授团队在Precision Chemistry期刊发表综述文章，总结了2020-2024年纳米材料在多重生物标志物检测领域的最新研究进展。本工作详述了各种纳米材料的应用特点与优势，并系统归纳了空间编码、信号编码、生物载体及机器学习四类分析策略与纳米材料相结合在临床检测的研究趋势，指出未来纳米材料和检测技术的发展方向。

（1）空间编码策略：利用微流控芯片、侧向流动检测、微阵列以及悬浮阵列技术，实现不同标志物在空间上的区分和快速精准检测。纳米材料如磁性纳米颗粒、量子点和金纳米颗粒在捕获靶标、增强信号及快速分析中发挥重要作用。

（2）信号编码策略：采用拉曼光谱、荧光、化学发光或电化学发光等多种光学信号，区分不同目标分子。贵金属纳米粒子、量子点和MXene二维材料作为优异的光学信号发生器或放大器，显著提高了分析灵敏度。

（3）生物载体策略：利用循环肿瘤细胞和细胞外囊泡的高效捕获及单颗粒多标志物检测，实现疾病早期诊断、进展监测与个性化治疗指导。

（4）机器学习辅助数据解析：通过人工智能与纳米材料技术结合，极大简化复杂的多重数据处理，提升诊断准确性。

总结/展望：

本综述系统阐述了纳米材料赋能的多重生物标志物检测技术及其在精准诊断中的重要意义。通过不断发展的新兴技术与策略，纳米材料的应用前景广阔，有望在临床精准诊疗中发挥更加重要的作用。未来的研究方向可进一步关注以下几个方面：一是开发更加高效、灵敏的纳米探针和生物相容性更佳的材料体系，以实现更高的检测性能和更广泛的临床应用。二是探索更多新型的信号转导机制与光谱编码技术，突破传统检测手段的瓶颈，满足复杂临床场景的需求。三是加强纳米传感技术与人工智能、大数据分析等前沿技术的深入融合，建立全面、精准、快速的多参数检测和疾病评估平台。通过持续的技术创新与多学科合作，纳米材料在精准医学领域的应用将不断拓展与深化。

Cite this: Li, Z.; Guo, M.; Zhong, W. Multiplex Detection of Biomarkers Empowered by Nanomaterials. Precision Chemistry 2025. https://doi.org/10.1021/prechem.4c00096.