用现成部件制成的传感器可同时检测32种病原体

 

研究人员利用现成的部件制造出了一种成本低、灵敏度高的生物传感器

带有 32 个检测垫的扩展门可同时检测 32 种病原体

早期诊断疾病对患者和医生都有好处。它使治疗能够延缓疾病的发展，降低并发症的风险，从而改善长期的健康状况。德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）研究实验室的一个团队考虑到早期诊断的重要性，利用现成的元件制造出了一种成本效益高、手掌大小的设备，可以同时检测 32 种不同的病原体。

为了制造出这种新型装置，研究人员借鉴了电子学领域的基本概念，使用场效应晶体管（FET）。场效应晶体管利用电场控制半导体中的电流。它有三个元件：源极、栅极和漏极。向栅极表面施加电压可改变其电势，并控制源极和漏极之间的电流。只有当栅极电压达到一定阈值时，器件才会"通电"。不同的病原体会产生不同的电位，从而产生不同的电流。例如，癌细胞产生的电流就与流感病毒不同。电流没有明显变化意味着传感器（栅极）表面没有与疾病相关的生物分子结合，反之亦然。

基于场效应晶体管的传统生物传感器的一个主要缺点是测试表面不能重复使用，使用后需要丢弃整个晶体管，成本高昂且不太环保。为了解决这个问题，研究人员使用了一个与晶体管栅极相连的独立电极来测量电势的变化。

这项研究的通讯作者拉里萨-巴拉班（Larysa Baraban）说："这使我们有机会多次使用晶体管。我们将栅极分离出来，并将其称为'扩展栅极'--即测试系统的扩展"。

为了进一步改进系统，研究人员创建了一个带有 32 个测试垫的扩展门，能够检测多种病原体。

巴拉班说："我们当然希望这套系统能同时进行多项分析。"这意味着可以同时在每个垫子上对一个样本进行不同病原体的检测"。

研究人员用他们的设备检测白细胞介素-6（IL-6），这是一种在感染和组织损伤时产生的蛋白质。它是免疫系统激活的有效标志物，在炎症、感染、自身免疫性疾病、心血管疾病和某些癌症中都会升高。

"无论是简单的感冒还是癌症，IL-6 的浓度都会发生变化，"巴拉班说。"不同的疾病以及疾病的不同阶段会产生不同的临床表现。这就是为什么IL-6非常适合作为一种标记物。"

他们发现，使用专为研究人员设计的现成纳米粒子试剂盒添加金纳米粒子，可以集中或定位电荷并放大电压信号，从而提高设备的灵敏度。测试的灵敏度大大高于在没有纳米粒子的情况下工作时的灵敏度。

基于场效应晶体管的完整生物传感原型照片

他们发现，他们的设备能快速产生结果，其灵敏度和检测限（LOD）值可与最先进的基于场效应晶体管的生物传感器相媲美。事实上，与实验室常用来检测血液中抗体的标准酶联免疫吸附试验（ELISA）方法相比，该设备的LOD值要低得多。

研究人员说，他们的生物传感装置成本低廉，具有一系列潜在应用，从监测癌症患者免疫疗法的进展到预测流感或 COVID-19 等病毒性疾病的严重程度和病程。

这项研究发表在《生物传感器与生物电子学》杂志上。