外泌体作为细胞间通讯的介质，其特征分析有助于揭示生理功能，在疾病诊断、复发和预后的动态监测中具有重要意义。传统检测方法经历复杂的分离释放程序，在外泌体特征分子的高灵敏、原位分析方面仍存在困难。同时，由于体液环境的复杂性和外泌体的异质性，外泌体亚群精确识别和特征分辨面临挑战。

针对上述问题，马强教授课题组通过建立超构表面调控电化学发光分析方法，开展对体液中外泌体的特征分析及其在疾病诊断中的应用研究。通过对亚波长尺度结构单元进行设计排布所构建的超构表面，具有灵活的光学调制能力，能够高度局域光场并实现对电化学发光的偏振态度调控，为丰富电化学发光分析技术的光学感知能力和外泌体精准分析提供解决方案。

课题组提出了磁响应型超构表面调控电化学发光策略，在外部磁场作用下磁化超构表面，诱导洛伦兹力改变电子移动方向以调节电场极化，导致电化学发光强度和偏振态变化(Anal. Chem.2024, 96, 4909−4917)。在此基础上，通过设置磁镜作用于等离子体-介电超构表面，形成磁约束有效限域电子，从而增加等离激元密度(Anal. Chem.2024, 96, 16443−16452)，实现了磁场辅助下电化学发光的动态调制。课题组根据外泌体磷脂膜特征设计工程化磷脂双分子层赋予超构表面生物识别功能。基于蛋白特异性识别过程触发生物膜融合，进而构建等离激元纳米腔型超构表面以调节电化学发光辐射效率和方向(Biosens. Bioelectron.2024,264,116639)。相关研究工作通过分析胃癌患者腹水中CD63、MUC1双阳性蛋白外泌体，证明了胃癌细胞外泌体促进腹膜转移行为的发生。

近期，课题组开发了基于SnS2QDs@MXene异质结的表面等离激元耦合电化学发光分析策略，以Bi@SiO2NPs为单元构建超构表面调控电化学发光。作为新型电化学发光材料，由于功函数差异，SnS2QDs@MXene异质结中的电子在MXene和SnS2界面上重新分布形成强电子耦合界面。内建电场的形成加速电子从MXene表面到SnS2QDs的转移,降低电阻并提高了电荷注入效率。异质结的形成降低了能量损失，从而提供稳定的电流并改善了SnS2QDs的电化学发光性能。为克服非贵金属纳米颗粒表面氧化层存在对表面等离激元的负面影响，SiO2壳层用于包覆Bi NPs以增强结构和光学稳定性。基于表面等离激元耦合效应，在Bi@SiO2NPs阵列超构表面调控下，SnS2QDs@MXene的电化学发光强度增强9倍，同时发光信号转换为高度集中的定向偏振发射，有效地提高了检测灵敏度和分辨率。所建立的分析方法成功应用于针对哮喘患儿唾液中外泌体CD9蛋白的检测，并完成哮喘分期及发展阶段的区分。相关研究成果发表在Nano Lett.杂志。(DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04939.)

SnS2QDs@MXene异质结电化学发光机制示意图。