心肌梗死(MI)是一种严重的心血管疾病,对人类健康构成重大威胁(图1a-b)[[1], [2], [3], [4]]。因此,实现有效的心肌梗死监测至关重要。然而,这一领域面临几个挑战:首先是如何实现低风险、高灵敏度的诊断[5,6];其次是如何以便捷和便携的方式实现实时诊断。cTnI是心肌梗死的关键生物标志物,被认为是最经典和权威的生物标志物[5,7]。然而,cTnI的检测主要遇到两个难题:一是其浓度较低,需要开发高灵敏度的检测方法;二是需要开发便携式检测设备。因此,开发一种高灵敏度且便携的cTnI检测策略对于监测心肌梗死至关重要。
目前用于心肌梗死(MI)诊断的临床方法,如心电图(ECG)和酶联免疫吸附测定(ELISA),存在固有的局限性:ECG对心肌梗死的特异性不足[8,9],而ELISA虽然具有高特异性,但需要集中实验室检测且周转时间较长[10,11]。因此,迫切需要结合高特异性和快速即时检测能力的诊断平台。有机薄膜晶体管(OTFTs)是一种有前景的生物传感技术,能够弥合这一差距[[12], [13], [14]]。凭借半导体材料固有的高灵敏度和信号放大能力[15],以及微型化和电读出的潜力[10,12],基于OTFT的传感器可以在即时检测的同时提供ELISA级别的特异性。这不仅使OTFTs成为一种替代方案,而且为心血管疾病的早期诊断和长期管理提供了一种变革性的方法。
MXene材料作为一种高灵敏度的过渡金属材料,具有优异的电子迁移率[[16], [17], [18]],能够有效促进薄膜晶体管中的信号放大,使其成为此类晶体管的理想材料。此外,还可以进一步增强薄膜晶体管表面的信号强度[19,20]。铜纳米线(CuNWs)具有独特的形态和良好的导电性,有助于离子和电子的传输[21,22],从而有效提高OTFTs的迁移率并进一步提升灵敏度[[23], [24], [25]]。因此,将CuNW改性的MXene材料应用于OTFTs有望开发出更灵敏、更便携的心肌梗死监测设备。
本研究报道了一种用于心肌梗死检测的CuNW改性OTFT。该传感器的灵敏度范围为1 pg/mL至1000 ng/mL,能够有效检测低至0.32 pg/mL的cTnI。传感器在7周内表现出稳定的信号,并具有良好的重复性(RSD = 0.62%)。在临床应用中,我们从31名AMI患者和26名健康个体中收集了样本,证明该设备在t检验(p = 2.38E-08<0.05)和ROC曲线分析(AUC = 0.992)中表现良好。重要的是,我们利用该设备实现了数据信号的可视化和追踪(图1c),这有助于临床心肌梗死的诊断。我们希望这一策略能为未来的心血管疾病健康管理提供一个有效的监测平台(图1d-e)。