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【三湘都市报】优秀!湖南高校团队取得阿尔茨海默症早期快检重要进展

作者 : 孙凯玲 刘镇东 唐玄 编辑 : 欧苗生 来源:三湘都市报 发布时间 : 2022-07-20 11:32:19 点击量:

三湘都市报7月19日讯(通讯员 孙凯玲 全媒体记者 刘镇东 实习生 唐玄)阿尔兹海默症是困扰人类的世界性难题,具有高发病率和高致死率。近日,湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院张志勇教授团队在碳基生物传感芯片用于阿尔兹海默症早期检测方面取得重要进展。

7月11日,《美国化学会·传感器》(ACS Sensors)以“适配体功能化的碳纳米管场效应晶体管生物传感器对阿尔兹海默症血清标志物的检测(Aptamer-Functionalized Carbon Nanotube Field-Effect Transistor Biosensors for Alzheimer's Disease Serum Biomarker Detection)”为题在线发表了该成果,并被选为封面文章。该项工作利用浮栅型碳管场效应晶体管生物传感器,对血清中AD核心生物标志物Aβ42和Aβ40肽实现了超灵敏和可重复性检测,在AD的早期诊断和大规模筛查测试方向取得重要突破。湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院为文章的第一单位,2019级研究生陈弘为文章的第一作者,在肖梦梦博士和副院长张志勇教授的共同指导下,开发了一种核酸适体功能化的、快速低成本的碳基生物快检平台。

目前,用于AD患者确诊检测的取脑脊液分析、正电子发射断层扫描等方法,不仅侵入性强、价格昂贵,而且无法作为早期AD患者的筛查手段。近期,中国科协将“如何早期诊断无症状期的阿尔兹海默症”作为2022年十大重大前沿的首要科学问题。因此,开发一种高灵敏、低创的检测方式,实现在无症状阶段对AD的早期诊断治疗至关重要。

相对脑脊液,采取患者血液方便快捷、减轻痛苦,并且血液、血清中的AD标志物可作为早期低创检测的主要对象。由于血液中AD标志物浓度极低,动态范围大,存在各种干扰物,因此在高灵敏和可重复性检测方面仍然存在很大障碍。为解决以上问题,该团队以半导体CNT网络膜作为敏感材料,以Y2O3膜作为栅极电介质,以Au粒子作为连接探针,开发了一种适配体功能化的CNT FET生物传感器。在4寸晶圆上随机检测80个FET传感器具有良好的均一性,阈值电压分布均匀,标准偏差只有8mV,Vgs=-0.7V的导通电流分布在0.8和1.3μA之间,平均约为1.023μA,标准偏差为0.088μA。

基于FG CNT FET的生物传感器不仅在动态检测中具有良好的重复性,在静态测试中同样具有很高的重复性,每组10个传感器,对目标物均获得了15%左右的响应,而对非目标物的响应均小于5%,最高选择比高达800%,且传感器之间的响应均一性高。动态测试中,每种标志物采用3个传感器同时检测,其电流变化趋势一致,具有较高的重复性,且响应时间小于2min,充分展示了在床旁检测和便携式检测等快速筛查需求中的应用潜力。同时传感器的线性动态范围超过4个量级,稳定性超过30min,变异系数小于10%,回收率范围为88%至108%,体现了很强的可靠性。该工作通过使用MCH、BSA和Tween20对生物传感器非特异性位点封闭,使血清中非特异性吸附从40%降至5%,大大提升了在血清复杂环境中的抗干扰能力,也将Aβ42和Aβ40肽的理论检测下限分别推进至45aM和55aM,为当前各种检测方法中的最优结果。

该成果展现出适配体功能化的CNT FETs生物传感器的高灵敏度和可靠性,为实现AD的早期诊断和大规模筛选测试提供了一种高效、低创的检测方式。另外,该传感器采用低温工艺批量化制备,有望与碳基芯片技术和微流控技术相结合,集成外围电路,形成小型智能化便携式检测装置,以促进该传感器在临床上的应用。

湖南先进传感与信息技术创新研究院作为新型研发机构,建设了集人才培养、科学研究、技术开发、成果转移转化于一体,治理结构完善、运行机制灵活、有别于现有机构的“实验区”。研究院团队由中国科学院彭练矛院士领衔,包括国家优青、青年拔尖人才、青年千人等在内的11名学术带头人、5名教授、2名副教授、11位优秀博士、14名实验室工程技术人员、96名博士及硕士研究生。已建成的1500平米中南地区最先进、国内领先水平的微纳器件加工实验室,面向国内各高校和企业用户开放。围绕碳基集成电路和新型传感器为代表的新一代信息技术领域,团队在唐氏综合症筛查、肝癌检测、无创血糖监测等生物传感和甲烷、氢气、甲醛等气体传感器件及其相关技术方面取得重要成果,并已研制全球首条碳基传感器芯片小试线,推进相关核心技术产业化。

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