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來源：埃因霍溫理工大學(xué)（EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY）
生物傳感器測(cè)量用于生物醫(yī)學(xué)，環(huán)境和工業(yè)應(yīng)用的生物樣品中分子的濃度，理想情況下，它們應(yīng)提供實(shí)時(shí)，連續(xù)的數(shù)據(jù)。但是，連續(xù)監(jiān)測(cè)低濃度的小分子是有問題的。埃因霍溫科技大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于分子相似性的創(chuàng)新傳感方法。在未來用于監(jiān)測(cè)健康和疾病的生物傳感器中，這可能是至關(guān)重要的。
來自TU / e的生物醫(yī)學(xué)工程和應(yīng)用物理系的研究人員在ACS Sensors上發(fā)表的一篇論文中，Junhong Yan，Menno Prins及其同事展示了一種新方法，該方法可以基于通過粒子遷移率（BPM）進(jìn)行的生物傳感來連續(xù)測(cè)量生物樣品中感興趣的低質(zhì)量分子的濃度。
“我們的方法為未來的生物傳感器提供了一個(gè)平臺(tái)，可以持續(xù)監(jiān)控與個(gè)人健康狀況（例如腎臟或肝臟衰竭）相關(guān)的標(biāo)記物，” Yan說。
現(xiàn)有的生物傳感器通常從單個(gè)生物樣品中給出單個(gè)測(cè)量結(jié)果。樣品可以是血液，汗液，尿液或唾液，其結(jié)果可以是樣品中蛋白質(zhì)，激素，藥物或病毒的水平。
但是，需要是傳感器提供連續(xù)的數(shù)據(jù)流，而不是僅提供單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以使個(gè)人監(jiān)視醫(yī)療狀況隨時(shí)間的發(fā)展情況。
目前市場(chǎng)上可買到的連續(xù)生物傳感器是連續(xù)葡萄糖監(jiān)測(cè)器（CGM），它連續(xù)測(cè)量組織間皮膚液中的葡萄糖，這對(duì)糖尿病患者非常有用。不幸的是，除葡萄糖以外的分子尚不能連續(xù)測(cè)量。這為傳感器創(chuàng)新提供了重要的機(jī)會(huì)！
每個(gè)生物傳感器均由三個(gè)主要部分組成：一個(gè)涉及可與目標(biāo)分子結(jié)合的生物受體的分子組件，一個(gè)將分子識(shí)別轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)原理以及一個(gè)記錄該信號(hào)并將其呈現(xiàn)為答案的檢測(cè)系統(tǒng)易于理解的數(shù)字，圖形，聲音或燈光指示。
Prins說：“在這項(xiàng)工作中，我們專注于第一部分-設(shè)計(jì)分子原理以連續(xù)測(cè)量低分子量和低濃度的目標(biāo)分子。”
Yan、Prins和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的傳感器采用了分子外觀的相似性或感興趣分子的仿制版本。
那么這些相似的分子如何幫助檢測(cè)真實(shí)分子呢？ Menno Prins進(jìn)一步解釋說：“傳感器的表面涂有可以與目標(biāo)分子結(jié)合的抗體。當(dāng)測(cè)試液中沒有分子時(shí)，相似分子可自由結(jié)合抗體。但是，當(dāng)流體中存在感興趣的分子時(shí)，這些分子可以與抗體結(jié)合。結(jié)果，相似物從它們與抗體的結(jié)合中釋放出來。”
相似分子不會(huì)像測(cè)試流體中的目標(biāo)分子那樣在傳感器周圍自由移動(dòng)。這些相似的分子附著在微粒上，微粒使用DNA束縛在傳感器的表面，從而可以檢測(cè)結(jié)合狀態(tài)和未結(jié)合狀態(tài)之間的切換。
傳感平臺(tái)的操作非常簡(jiǎn)單，而且必須說得很出色。所有分子結(jié)合事件均設(shè)計(jì)為可逆的。這包括抗體與相似物之間的結(jié)合，以及抗體與溶液中目標(biāo)分子之間的結(jié)合。
發(fā)生涉及流體中相似分子或目標(biāo)分子的重復(fù)結(jié)合和未結(jié)合事件，并且可以使用光學(xué)顯微鏡通過記錄微粒的狀態(tài)輕松地測(cè)量這些事件。
當(dāng)溶液中存在高濃度的目標(biāo)分子時(shí)，傳感器表面上的大多數(shù)抗體都會(huì)被封閉。這降低了微粒轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合態(tài)的可能性。另一方面，當(dāng)濃度低時(shí)，由于分子相似物的可逆結(jié)合，在結(jié)合狀態(tài)和未結(jié)合狀態(tài)之間會(huì)發(fā)生許多轉(zhuǎn)換。
Yan說：“檢測(cè)由特定分子相互作用引起的大量粒子的結(jié)合和解離事件是該技術(shù)的關(guān)鍵，它使我們能夠測(cè)量流體中分子濃度的微小變化。”
為了測(cè)試他們的新方法，作者設(shè)計(jì)了傳感器來監(jiān)視短單鏈DNA片段和肌酐的濃度。在數(shù)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)對(duì)濃度進(jìn)行監(jiān)控，時(shí)間分辨率為幾分鐘。
肌酐是一種代謝物分子，其質(zhì)量?jī)H為113道爾頓，是腎臟功能的標(biāo)志。可以在醫(yī)學(xué)相關(guān)范圍內(nèi)在10μM和10 mM之間測(cè)量標(biāo)記。單鏈DNA可以在10 nM和1μM之間測(cè)量。
這些結(jié)果非常有希望，并表明可以在廣泛的濃度范圍內(nèi)連續(xù)監(jiān)測(cè)小分子。我們的下一個(gè)目標(biāo)是展示適用于多種分子和生物流體的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)未來在醫(yī)療保健，工業(yè)過程和環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。”
這種創(chuàng)新的傳感方法可以很好地解決針對(duì)未來生物傳感器需求的低分子生物標(biāo)志物檢測(cè)問題。
原文鏈接：https://www.tue.nl/en/news/news-overview/12-10-2020-future-biosensor-for-continuous-monitoring-using-molecular-look-alikes/
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.0c00220
聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。