用于微創(chuàng)植入物的微型生物傳感器

一種使生物傳感器小型化的新方法將為微創(chuàng)植入物帶來(lái)新的可能性。微型晶體管制造在薄而靈活的基板上，可放大生物信號(hào)，產(chǎn)生的電流是類似替代品的 200 多倍。

診斷和監(jiān)測(cè)疾病通常依賴于檢測(cè)稱為“生物標(biāo)志物”的分子。然而，此類生物標(biāo)志物的檢測(cè)需要定期抽血，費(fèi)用昂貴、耗時(shí)，需要專門的設(shè)備，并且無(wú)法提供連續(xù)的數(shù)據(jù)。為了避免這種情況并提供實(shí)時(shí)生物標(biāo)志物檢測(cè)，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的 Kevin Plaxco 教授的團(tuán)隊(duì)率先開發(fā)了基于適體的植入式傳感器。這些設(shè)備是基于 DNA 的電化學(xué)傳感器，它們成功地實(shí)時(shí)跟蹤小分子。

將這些傳感器轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵步驟是使它們盡可能小和微創(chuàng)。為了解決這一小型化挑戰(zhàn)，劍橋大學(xué)的研究人員與 Plaxco 實(shí)驗(yàn)室合作，發(fā)現(xiàn)了一種將基于適體的傳感器與放大晶體管平臺(tái)相結(jié)合的方法。他們共同開發(fā)了基于有機(jī)電化學(xué)晶體管 (OECT) 的生物傳感器，即使在縮小到非常小的尺寸時(shí)也能保持適體傳感器的高性能。結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

方波門電位曲線支持基于高增益適體的 OECT 傳感。( A ) 基于適體的 OECT 示意圖，其中包括固定在柵電極上的亞甲藍(lán)修飾適體。這種功能化的平面金柵極和 PEDOT:PSS 通道設(shè)計(jì)用于匹配電容，允許通道和柵極側(cè)的電壓降。( B ) 疊加在電壓掃描上的脈沖方波作為V G輸入，產(chǎn)生 ( C ) I G電流因亞甲藍(lán)的氧化而衰減。( D ) 所得的I D與綜合I G成正比。(E ) 測(cè)量每個(gè)正向和反向脈沖電流之間的差異，然后產(chǎn)生一個(gè)明顯的亞甲藍(lán)氧化還原峰。添加目標(biāo)后，電荷轉(zhuǎn)移速率增加，產(chǎn)生更大的積分電流并導(dǎo)致更高的 ΔID氧化還原峰。圖片來(lái)源：科學(xué)進(jìn)步(2022)。DOI：10.1126/sciadv.add4111

該論文的第一作者、研究生 Sophia Bidinger 說(shuō)：“這項(xiàng)工作是朝著為醫(yī)療保健提供者創(chuàng)造更好的工具邁出的重要一步。有了這種類型的傳感器，醫(yī)生將能夠獲得前所未有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤他們的病人' 健康。”

以前的適體傳感器是由細(xì)的、幾毫米長(zhǎng)的電線制成的。相比之下，新的晶體管生物傳感器非常小，肉眼幾乎看不見(jiàn)。該技術(shù)對(duì)于需要在敏感區(qū)域安裝傳感器的醫(yī)療應(yīng)用非常有用。例如，這種微創(chuàng)傳感器可以植入大腦——這是追蹤與精神障礙(如抑郁癥)相關(guān)的生物標(biāo)志物的理想?yún)^(qū)域。

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