一种快速和具有成本效益的病原体检测新方法

在早期阶段发现疾病甚至预测疾病发作的能力将对医生和病人都有巨大的好处。由Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)的Larysa Baraban博士领导的一个研究小组开发了智能，小型化的生物传感器设备和系统，使用纳米材料来确定生物分子和细胞以及生物化学反应或过程作为疾病标志物。该团队最近发表在《生物传感器和生物电子学》(DOI: 10.1016/j.b oss .2023.115701)上的文章描述了一种便携式、手掌大小的测试系统的开发，该系统可以同时对一个样本进行多达32次分析。

　　

在早期阶段发现疾病甚至预测疾病发作的能力将对医生和病人都有巨大的好处。由Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)的Larysa Baraban博士领导的一个研究小组开发了智能，小型化的生物传感器设备和系统，使用纳米材料来确定生物分子和细胞以及生物化学反应或过程作为疾病标志物。该团队在《生物传感器和生物电子学 》(DOI: 10.1016 / j.bios.2023.115701)描述了一种便携式，手掌大小的测试系统的开发，该系统可以同时对一个样品进行多达32次分析。

检测体液中的病原体存在多种可能性和机制。巴拉班在hzdr放射性药物癌症研究所研究的一种方法是使用电子学领域的场效应晶体管(fet)进行检测。工作原理很简单:一个确定的电流从a流向b。这个电流可以通过栅极表面的电势来调节，栅极的功能就像一个精确的、连续的阀门。与疾病相关的生物分子与栅极表面结合，从而改变电势，从而也改变电流。如果电流没有明显变化，则没有生物分子结合到传感器表面。另一方面，电流的变化意味着可以在传感器表面检测到与疾病相关的分子。这些生物传感器可以被设计成专门检测不同的生物分子。不同的病原体产生不同的电位，因此产生不同的电流。癌细胞产生的电流与流感病毒不同。

可重复使用晶体管的发展

传统的基于电子场效应晶体管的生物传感器的主要缺点是测试表面不能重复使用，并且每次采样后必须丢弃整个晶体管。由于晶体管含有昂贵的半导体材料，这一过程既昂贵又对环境有害。出于这个原因，Baraban和她的纳米微系统生命科学系更进一步，尝试在连接晶体管栅极的单独电极上测量电位变化，而不是直接测量晶体管表面的电位变化。“这使我们有机会多次使用晶体管。我们把这个门分开，称之为‘扩展门’——也就是说，测试系统的延伸。”

但这还不是全部。该团队考虑得更远，并接受了另一个挑战:“我们当然希望这个系统能同时进行多项分析。”研究人员成功地开发了具有32个测试板的扩展门。巴拉班解释说:“这意味着一个样本可以同时在每个卫生巾上测试不同的病原体。”

科学家们首先利用白细胞介素-6 (IL-6)证明了其工作原理，白细胞介素-6是一种负责免疫细胞之间交流的分子。“无论是简单的感冒还是癌症，IL-6的浓度都会发生变化。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IL-6非常适合作为标记物的原因。”

纳米粒子提高灵敏度

为了使该方法更加灵敏，Baraban的团队还使用了纳米结构。纳米粒子将电荷集中或局部化以放大电压信号。“测试的灵敏度比我们没有使用纳米颗粒时要高得多。”由于现成的纳米颗粒研究试剂盒现在可以在市场上买到，这种方法使用起来很简单。HZDR的科学家们目前正在研究金纳米颗粒。在未来，他们还想研究其他纳米颗粒。

根据目前的研究结果，一个功能齐全、方便的测试系统已经被创造出来，它由一个晶体管和32个测试垫组成，可以在很短的时间内检测到不同的病原体。在未来，所描述的测试系统可以，例如，用于监测癌症患者免疫治疗的进展。另一种可能性是在一开始就预测流感或COVID-19等病毒性疾病的严重程度和病程。与现有技术相比，新系统更具成本效益和速度。出于这个原因，巴拉班和她的团队现在希望能引起商业部门的兴趣。