疾病标志物检测用半导体光电生化智能传感技术
发布日期：2023-02-09 浏览量：1
字号：大 中 小
【所属领域】
信息技术、智慧医疗
【技术背景】
疾病标志物的发现与鉴定对于疾病早期诊断、预防、治疗与预后具有重要意义，其状态的改变与疾病的发生与发展情况密切相关。基于化学修饰电极的生物传感器可将电极表面生物分子反应产生的信息直接转换为电信号加以输出，有望为癌症、传染性疾病、炎症等重大疾病的标志物检测提供快速、便捷的自动化方法。然而，抗原及抗体蛋白质等生物分子与电极界面的电荷传输机制尚不明晰，制约了这一传感技术在疾病标志物检测中的发展与应用。
【成果介绍】
华中科技大学光学信息学院、光谷实验室与同济医学院附属协和医院组建“光电生化智能传感”医工交叉科研团队，提出了一种疾病标志物检测用半导体生物传感器制备方法，利用胶体量子点等半导体纳米晶构建对于蛋白质等生物分子的“电学标记”，修饰在平面三电极的工作电极表面形成全固体生物传感器，成功将抗原与抗体的特异性结合反应“一步法”转换为电信号，实现了对于有关疾病标志物的低浓度特异检测。
【应用案例】
1.面向新冠病毒感染者快速筛查的检测需求，团队通过对胶体量子点的蛋白质电学标记构建方法与新冠病毒蛋白质电化学行为的研究，构建出融合半导体量子效应的新型信号转导与放大机制，设计并制备了全固态、高灵敏度、高特异性新冠病毒蛋白质传感器，对新冠病毒IgG抗体和抗原的检测下限达到ng mL﹣¹级，准确率接近ELISA检测方法，配合手持式样机使用，可在1分钟内完成对血清样本的检测。
2.膀胱癌是常见的恶性肿瘤，有发病率高、死亡率高的特点。团队利用硫化铅胶体量子点构建了膀胱癌标志物角蛋白18（CK18）抗体的电学标记，将其修饰在碳工作电极表面，研制出检测CK18抗原蛋白质半导体生物传感器，具有快速（～30s）、高灵敏（检测下限约58fg mL﹣¹）的特点。进一步采用更加环境友好的硫化铋半导体纳米晶作为CK18抗体的电学标记，对CK18抗原蛋白检测下限为39 fg mL﹣¹，线性范围为1~1000pg mL﹣¹，展现出应用于膀胱癌早期筛查的潜力。
3.变应性鼻炎是上呼吸道的常见疾病，其发病原因复杂，临床客观炎症检测指标缺乏。医学研究发现嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）作为局部标志物，对变应性鼻炎的局部炎症性质及程度的客观判断至关重要。团队利用硫化铅胶体量子点构建对于ECP抗体的电学标记，修饰在碳工作电极表面，可检出鼻分泌物样本中含量为0.508pg mL﹣¹的ECP。
【应用场景】
团队致力于开展高灵敏度、高可靠性电子鼻和电子舌等智能传感器与芯片研究，通过智能传感技术与生物、医学领域的交叉创新研究，实现人体呼出气及体液等样本中病毒和疾病标志物的发掘与检测，围绕核酸、蛋白质、代谢分子、细胞等多尺度标志物构建立体化、精细化诊断模型，为重大疾病的快检、早筛和智能预警提供新手段。