疾病標志物檢測用半導體光電生化智能傳感技術
發(fā)布日期：2023-02-09 瀏覽量：1
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【所屬領域】
信息技術、智慧醫(yī)療
【技術背景】
疾病標志物的發(fā)現(xiàn)與鑒定對于疾病早期診斷、預防、治療與預后具有重要意義，其狀態(tài)的改變與疾病的發(fā)生與發(fā)展情況密切相關?；诨瘜W修飾電極的生物傳感器可將電極表面生物分子反應產生的信息直接轉換為電信號加以輸出，有望為癌癥、傳染性疾病、炎癥等重大疾病的標志物檢測提供快速、便捷的自動化方法。然而，抗原及抗體蛋白質等生物分子與電極界面的電荷傳輸機制尚不明晰，制約了這一傳感技術在疾病標志物檢測中的發(fā)展與應用。
【成果介紹】
華中科技大學光學信息學院、光谷實驗室與同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院組建“光電生化智能傳感”醫(yī)工交叉科研團隊，提出了一種疾病標志物檢測用半導體生物傳感器制備方法，利用膠體量子點等半導體納米晶構建對于蛋白質等生物分子的“電學標記”，修飾在平面三電極的工作電極表面形成全固體生物傳感器，成功將抗原與抗體的特異性結合反應“一步法”轉換為電信號，實現(xiàn)了對于有關疾病標志物的低濃度特異檢測。
【應用案例】
1.面向新冠病毒感染者快速篩查的檢測需求，團隊通過對膠體量子點的蛋白質電學標記構建方法與新冠病毒蛋白質電化學行為的研究，構建出融合半導體量子效應的新型信號轉導與放大機制，設計并制備了全固態(tài)、高靈敏度、高特異性新冠病毒蛋白質傳感器，對新冠病毒IgG抗體和抗原的檢測下限達到ng mL﹣1級，準確率接近ELISA檢測方法，配合手持式樣機使用，可在1分鐘內完成對血清樣本的檢測。
2.膀胱癌是常見的惡性腫瘤，有發(fā)病率高、死亡率高的特點。團隊利用硫化鉛膠體量子點構建了膀胱癌標志物角蛋白18（CK18）抗體的電學標記，將其修飾在碳工作電極表面，研制出檢測CK18抗原蛋白質半導體生物傳感器，具有快速（～30s）、高靈敏（檢測下限約58fg mL﹣1）的特點。進一步采用更加環(huán)境友好的硫化鉍半導體納米晶作為CK18抗體的電學標記，對CK18抗原蛋白檢測下限為39 fg mL﹣1，線性范圍為1~1000pg mL﹣1，展現(xiàn)出應用于膀胱癌早期篩查的潛力。
3.變應性鼻炎是上呼吸道的常見疾病，其發(fā)病原因復雜，臨床客觀炎癥檢測指標缺乏。醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）作為局部標志物，對變應性鼻炎的局部炎癥性質及程度的客觀判斷至關重要。團隊利用硫化鉛膠體量子點構建對于ECP抗體的電學標記，修飾在碳工作電極表面，可檢出鼻分泌物樣本中含量為0.508pg mL﹣1的ECP。
【應用場景】
團隊致力于開展高靈敏度、高可靠性電子鼻和電子舌等智能傳感器與芯片研究，通過智能傳感技術與生物、醫(yī)學領域的交叉創(chuàng)新研究，實現(xiàn)人體呼出氣及體液等樣本中病毒和疾病標志物的發(fā)掘與檢測，圍繞核酸、蛋白質、代謝分子、細胞等多尺度標志物構建立體化、精細化診斷模型，為重大疾病的快檢、早篩和智能預警提供新手段。