化学科学学院张凤娇课题组在低成本与高灵敏度生物传感器方面取得重要进展

发布时间: 2024-08-13 16:27:31 浏览次数 : 353 来源:中国科学院大学

即时响应(POC，point-of-care)传感器可实现疾病标志物的快速检测，是重大疾病诊疗、术后康复监测和健康监测的重要路径，也是生物电子学的重要发展方向之一。现有POC传感器普遍面临高成本挑战，而特定疾病标志物的长期高频率检测对高风险人群带来了巨大经济负担。可再生POC传感器利用单个器件实现疾病标志物的多次灵敏检测，为超低成本的生物医学应用提供新路径。但是此类POC传感器在循环使用过程中面临监测物的反复污染难题，使得高灵敏度和优异的循环使用次数难以兼得，直接制约了该领域的快速发展。

在国家自然科学基金委、中国科学院和北京市的支持下，国科大化学科学学院张凤娇课题组与中国科学院化学研究所狄重安研究员、中国人民解放军总医院李佳博士等合作，提出了药物分子探针介导的有机电化学晶体管(DM-OECT)新理念，构建了兼具高灵敏度和优异可再生功能的血液生化物质传感器。该器件以吉非替尼药物分子接枝的有机半导体为活性层，利用药物分子与待测物的强相互作用实现高灵敏与特异性识别，同时利用表皮生长因子受体(EGFR)与药物分子结合后的构型变化将吉非替尼脱离半导体表面，构成全新的“refresh-in-sensing(RIS，传感中再生)”机制。基于此方法，优化后DM-OECT器件的EGFR探测限可以达到fg/mL级，较此前报道的器件最低检测限提升了两个量级。更为重要的是，器件的循环使用次数突破200次，且对超低浓度的EGFR响应灵敏度保持在-3.6±0.5%。此外，器件可实现非小细胞肺癌(NSCLC)患者的全血EGFR定量检测，传感性能可以媲美酶联免疫吸附试验分析方法，且成本有望降低一个量级以上，为NSCLC高风险人群的EGFR低成本监测提供了有效方法。

图1、(a)面向健康监测的可再生传感器;(b)传感后再生和(c)传感中再生理念示意图;DM-OECT器件(d)等效电路和(e)结构示意图，右图为吉非替尼和PEDOT:PSS半导体的结构式。

上述研究提出了药物分子介导的有机生物电子器件构建新思路，为低成本POC传感器的制备与生物医学应用提供了新的发展路径。相关工作发表于 Nature Materials 上(doi: 10.1038/s41563-024-01970-5)，文章的共同第一作者为姜紫灵博士、叶德楷博士和项兰义博士。

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