基于GaN HEMT生物传感器的S100B检测中封闭层对血清与唾液样本检测性能的影响研究

为解决创伤性脑损伤（TBI）无创诊断难题，研究人员开发了一种基于GaN HEMT的蜿蜒栅极生物传感器，用于检测脑损伤标志物S100B。通过牛血清白蛋白（BSA）封闭层抑制非特异性吸附，灵敏度提升至58.04 μA/ng/ml，并在唾液和血清样本中分别实现250.12 μA/ng/ml和0.84 mA/ng/ml的高灵敏度检测。该技术为TBI的早期诊断提供了快速（5-10秒）、超灵敏（检测限1.47 fg/ml）的便携式解决方案，突破传统ELISA和影像学技术的局限。

　　

创伤性脑损伤（TBI）被称为“沉默的流行病”，全球年发病率高达20万例/10万人，其中80%为轻度损伤（mTBI），却可能导致癫痫、残疾甚至死亡。目前临床依赖CT、MRI和ELISA等技术，但这些方法存在辐射风险、设备庞大、耗时长等缺陷。更棘手的是，血液采样在战场或运动场景中难以实施，而唾液检测虽具无创潜力，却缺乏高灵敏度平台。此时，一种能实现超灵敏、快速响应的便携式检测技术成为迫切需求。

印度科学与工业研究理事会（CSIR）CEERI研究所与BITS Pilani的研究团队在《Materials Science in Semiconductor Processing》发表论文，开发了基于氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的生物传感器，通过创新性地引入牛血清白蛋白（BSA）封闭层，显著提升了S100B蛋白在唾液和血清中的检测性能。

关键技术方法
研究采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）制备GaN HEMT器件，包含Al_0.25
Ga_0.75
N/GaN异质结和Si₃
N₄
钝化层。通过金-硫（Au-S）复合物固定S100B抗体，结合EDC-NHS偶联技术完成生物功能化。利用接触角测量和电学测试分析BSA封闭层对非特异性吸附的抑制效果，并在100 fg/ml至10 ng/ml动态范围内验证性能。

研究结果

1. 封闭层的关键作用
BSA封闭使传感器响应提升59.08%（1.0-4.0 ng/ml范围），灵敏度达58.04 μA/ng/ml。接触角测量证实BSA层有效减少非特异性结合，增强抗体-抗原（S100B）选择性。

2. 双模检测性能
唾液检测灵敏度250.12 μA/ng/ml，血清检测0.84 mA/ng/ml，均优于传统ELISA。检测限低至1.47 fg/ml，响应时间仅5-10秒，且仅需1-2 μl样本量。

3. 临床相关性验证
唾液与血清S100B浓度高度相关（3.9倍差异），证实唾液检测可替代侵入性血液检测，尤其适用于战场、运动场等无专业医疗人员的场景。

结论与意义
该研究首次将GaN HEMT传感器与BSA封闭策略结合，解决了唾液检测灵敏度不足的瓶颈。其超灵敏、快速响应的特性为TBI的院前诊断提供了革命性工具，同时为其他蛋白标志物的无创检测开辟了新路径。作者提出的基于解离常数的抗原-抗体相互作用模型，进一步为生物传感器设计提供了理论支撑。这项技术有望推动下一代便携式诊断设备的发展，在军事、体育医疗和基层医疗中发挥关键作用。