疾病標(biāo)志物檢測用半導(dǎo)體光電生化智能傳感技術(shù)
發(fā)布日期：2023-02-09 瀏覽量：1
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【所屬領(lǐng)域】
信息技術(shù)、智慧醫(yī)療
【技術(shù)背景】
疾病標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)與鑒定對于疾病早期診斷、預(yù)防、治療與預(yù)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(guān)。基于化學(xué)修飾電極的生物傳感器可將電極表面生物分子反應(yīng)產(chǎn)生的信息直接轉(zhuǎn)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(biāo)志物檢測提供快速、便捷的自動(dòng)化方法。然而，抗原及抗體蛋白質(zhì)等生物分子與電極界面的電荷傳輸機(jī)制尚不明晰，制約了這一傳感技術(shù)在疾病標(biāo)志物檢測中的發(fā)展與應(yīng)用。
【成果介紹】
華中科技大學(xué)光學(xué)信息學(xué)院、光谷實(shí)驗(yàn)室與同濟(jì)醫(yī)學(xué)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(tuán)隊(duì)，提出了一種疾病標(biāo)志物檢測用半導(dǎo)體生物傳感器制備方法，利用膠體量子點(diǎn)等半導(dǎo)體納米晶構(gòu)建對于蛋白質(zhì)等生物分子的“電學(xué)標(biāo)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(jié)合反應(yīng)“一步法”轉(zhuǎn)換為電信號，實(shí)現(xiàn)了對于有關(guān)疾病標(biāo)志物的低濃度特異檢測。
【應(yīng)用案例】
1.面向新冠病毒感染者快速篩查的檢測需求，團(tuán)隊(duì)通過對膠體量子點(diǎn)的蛋白質(zhì)電學(xué)標(biāo)記構(gòu)建方法與新冠病毒蛋白質(zhì)電化學(xué)行為的研究，構(gòu)建出融合半導(dǎo)體量子效應(yīng)的新型信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與放大機(jī)制，設(shè)計(jì)并制備了全固態(tài)、高靈敏度、高特異性新冠病毒蛋白質(zhì)傳感器，對新冠病毒IgG抗體和抗原的檢測下限達(dá)到ng mL﹣1級，準(zhǔn)確率接近ELISA檢測方法，配合手持式樣機(jī)使用，可在1分鐘內(nèi)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(diǎn)。團(tuán)隊(duì)利用硫化鉛膠體量子點(diǎn)構(gòu)建了膀胱癌標(biāo)志物角蛋白18（CK18）抗體的電學(xué)標(biāo)記，將其修飾在碳工作電極表面，研制出檢測CK18抗原蛋白質(zhì)半導(dǎo)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(diǎn)。進(jìn)一步采用更加環(huán)境友好的硫化鉍半導(dǎo)體納米晶作為CK18抗體的電學(xué)標(biāo)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(yīng)用于膀胱癌早期篩查的潛力。
3.變應(yīng)性鼻炎是上呼吸道的常見疾病，其發(fā)病原因復(fù)雜，臨床客觀炎癥檢測指標(biāo)缺乏。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)嗜酸性粒細(xì)胞陽離子蛋白（ECP）作為局部標(biāo)志物，對變應(yīng)性鼻炎的局部炎癥性質(zhì)及程度的客觀判斷至關(guān)重要。團(tuán)隊(duì)利用硫化鉛膠體量子點(diǎn)構(gòu)建對于ECP抗體的電學(xué)標(biāo)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(yīng)用場景】
團(tuán)隊(duì)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(shù)與生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新研究，實(shí)現(xiàn)人體呼出氣及體液等樣本中病毒和疾病標(biāo)志物的發(fā)掘與檢測，圍繞核酸、蛋白質(zhì)、代謝分子、細(xì)胞等多尺度標(biāo)志物構(gòu)建立體化、精細(xì)化診斷模型，為重大疾病的快檢、早篩和智能預(yù)警提供新手段。