斯坦福华裔教授开发出新的生物传感器芯片

　　

生物通报道，斯坦福大学的研究人员开发出一款新的生物传感器芯片，能显著加速药物开发的过程。此款芯片能分析蛋白之间如何结合，有助于评估潜在药物治疗的效果和可能的副作用。此项成果发表在4月10日的《Nature Nanotechnology》在线版上。文章的通讯作者是斯坦福大学材料科学和工程学系的王善祥教授。

王善祥教授1986年毕业于中国科技大学，1993年或美国卡内基梅隆大学机电系博士学位。他的研究方向是磁性纳米技术，包括生物磁性传感、磁性芯片、新的磁性纳米颗粒、磁阻材料等等。他已经发表了100多篇文章，并拥有8项专利。

在这款纳米传感器上，每平方厘米阵列能同时并连续监控数千个蛋白结合事件。这种新的传感器芯片比现有芯片有着更高的灵敏度，且能更快提供结果。文章的通讯作者，斯坦福大学材料科学和工程学王善祥教授表示：“你可以在单个芯片上放上数千甚至数万个不同蛋白，并运行蛋白结合实验。”

纳米传感器芯片的优势在于两方面。首先，磁性纳米标签（nanotag）与待研究的蛋白结合，大大提高了监控的灵敏度。其次，研究人员开发出一种分析模型，能够帮助他们根据仅仅几分钟的监控数据来监控相互作用的最终结果。目前的技术一般同时监控不超过4个相互作用，且过程需要几小时。

此研究小组在几年前曾开发出磁性纳米传感器技术，并在微量的小鼠血液中检测到癌症相关的生物标志物。此技术所能检测的血液浓度为其他技术的千分之一，显示出它的灵敏度。

研究人员将纳米标签与待研究的特定蛋白结合。当带标签的蛋白与纳米传感器上固定的其他蛋白结合时，磁性纳米标签改变了纳米传感器周围的磁场，这可被检测器检测到。

文章的第一作者Richard Gaster谈到：“我们正在寻找一种乳腺癌药物。我们的目标是药物与乳腺癌细胞中的目标蛋白尽可能强地结合。但是我们还想知道：药物是否会与机体内其他蛋白结合。”

为了确定这一点，研究人员将乳腺癌蛋白以及肝、肺、肾及其他组织的蛋白固定在纳米传感器芯片上。随后加入结合了磁性纳米标签的药物，并观察哪些蛋白与药物结合，结合作用有多强。研究人员能够从实验结果中判断该药物与乳腺癌细胞以及机体内其他蛋白的结合程度，并判断该药物可能的副作用。

据王教授介绍，此纳米传感器与计算机硬盘所使用的传感器是同一类型，很容易扩展。尽管目前每平方厘米芯片上有超过1000个传感器，但他相信以后能扩展到数万个。下一步，他们打算将此技术与一种正在开发的药物结合。他认为，这才是这项技术的真正应用。（生物通 薄荷）

原文摘要：

Quantification of protein interactions and solution transport using high-density GMR sensor arrays

Nature Nanotechnology (2011) doi:10.1038/nnano.2011.45

摘要：
Monitoring the kinetics of protein interactions on a high-density sensor array is vital to drug development and proteomic analysis. Label-free kinetic assays based on surface plasmon resonance are the current gold standard, but they have poor detection limits, suffer from non-specific binding, and are not amenable to high-throughput analyses. Here, we show that magnetically responsive nanosensors that have been scaled to over 100,000 sensors per cm2 can be used to measure the binding kinetics of various proteins with high spatial and temporal resolution. We present an analytical model that describes the binding of magnetically labelled antibodies to proteins that are immobilized on the sensor surface. This model is able to quantify the kinetics of antibody–antigen binding at sensitivities as low as 20 zeptomoles of solute.