一种快速、经济高效的病原体检测新方法

在早期发现疾病甚至预测疾病发作的能力将对医生和患者都大有裨益。德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的Larysa Baraban博士领导的一个研究团队开发了智能、小型化的生物传感器设备和系统，使用纳米材料来确定生物分子和细胞以及作为疾病标志物的生物化学反应或过程

该团队目前在《生物传感器与生物电子学》杂志上发表的文章描述了一种便携式手掌大小的测试系统的开发，该系统可以同时对一个样本进行多达32次分析

检测体液中病原体的可能性和机制多种多样。巴拉班在癌症放射药物研究所的HZDR研究的一个选择是使用电子领域的场效应晶体管（FET）进行检测

工作原理很简单：一个定义的电流从a流到B。这个电流可以通过闸门表面的电势来调节，闸门的功能就像一个精确的连续阀门

与疾病相关的生物分子与栅极表面结合，从而改变电势，从而也改变电流。如果电流没有显著变化，则没有生物分子与传感器表面结合。另一方面，电流的变化意味着可以在传感器表面检测到与疾病相关的分子

这些生物传感器可以专门检测不同的生物分子。不同的病原体会产生不同的电势，从而产生不同的电流。癌症细胞产生的电流与流感病毒不同

传统的基于FET的电子生物传感器的主要缺点是测试表面不可重复使用，每次采样后必须丢弃整个晶体管。由于晶体管含有昂贵的半导体材料，这种工艺既昂贵又对环境有害

因此，巴拉班和她的生命科学纳米微系统系更进一步，试图测量电位变化，而不是直接在晶体管表面，而是在连接到晶体管栅极的单独电极上。“这使我们有机会多次使用晶体管。我们将栅极分离，并将其称为‘扩展栅极’，即测试系统的扩展。”

但这还不是全部。这支队伍想得更远，接受了另一个挑战。“当然，我们希望这个系统能同时进行多项分析。”研究人员成功地开发出了具有32个测试垫的扩展门。Baraban解释道，“这意味着可以在每个垫子上同时测试不同病原体的样本。”

科学家们首先使用白细胞介素-6（IL-6）证明了其工作原理，白细胞介素-6是一种负责免疫细胞之间通信的分子。“无论是简单的感冒还是癌症，IL-6的浓度都会发生变化。不同的疾病以及疾病的不同阶段会产生不同的临床图像。这就是为什么IL-6非常适合作为标记物。”

为了使该方法更加敏感，Baraban的团队还利用了纳米结构。纳米粒子集中或定位电荷以放大电压信号

“测试的灵敏度比我们在没有纳米颗粒的情况下工作时高得多。”由于市场上现在有现成的用于研究的纳米颗粒试剂盒，这种方法使用起来很简单。HZDR的科学家们目前正在研究金纳米粒子。在未来，他们还想研究其他纳米颗粒

由于目前的研究，已经创建了一个功能强大、方便的测试系统，由一个晶体管和32个测试垫组成，可以在很短的时间内检测到不同的病原体

例如，在未来，所描述的测试系统可以用于监测癌症患者免疫治疗的进展。另一种可能性是在一开始就预测流感或新冠肺炎等病毒性疾病的严重程度和病程

与现有技术相比，新系统更具成本效益，速度更快。出于这个原因，巴拉班和她的团队现在希望商业部门对此感兴趣