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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)提供實時，連續(xù)的數(shù)據(jù)。但是，連續(xù)監(jiān)測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）進行的生物傳感來連續(xù)測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平臺，可以持續(xù)監(jiān)控與個人健康狀況（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生物樣品中給出單個測量結(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，而不是僅提供單個數(shù)據(jù)點，因為這樣可以使個人監(jiān)視醫(yī)療狀況隨時間的發(fā)展情況。
目前市場上可買到的連續(xù)生物傳感器是連續(xù)葡萄糖監(jiān)測器（CGM），它連續(xù)測量組織間皮膚液中的葡萄糖，這對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)測量。這為傳感器創(chuàng)新提供了重要的機會！
每個生物傳感器均由三個主要部分組成：一個涉及可與目標(biāo)分子結(jié)合的生物受體的分子組件，一個將分子識別轉(zhuǎn)換為可檢測信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)原理以及一個記錄該信號并將其呈現(xiàn)為答案的檢測系統(tǒng)易于理解的數(shù)字，圖形，聲音或燈光指示。
Prins說：“在這項工作中，我們專注于第一部分-設(shè)計分子原理以連續(xù)測量低分子量和低濃度的目標(biāo)分子。”
Yan、Prins和他的團隊設(shè)計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真實分子呢？ Menno Prins進一步解釋說：“傳感器的表面涂有可以與目標(biāo)分子結(jié)合的抗體。當(dāng)測試液中沒有分子時，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，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。”
相似分子不會像測試流體中的目標(biāo)分子那樣在傳感器周圍自由移動。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，從而可以檢測結(jié)合狀態(tài)和未結(jié)合狀態(tài)之間的切換。
傳感平臺的操作非常簡單，而且必須說得很出色。所有分子結(jié)合事件均設(shè)計為可逆的。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)輕松地測量這些事件。
當(dāng)溶液中存在高濃度的目標(biāo)分子時，傳感器表面上的大多數(shù)抗體都會被封閉。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，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)之間會發(fā)生許多轉(zhuǎn)換。
Yan說：“檢測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，它使我們能夠測量流體中分子濃度的微小變化。”
為了測試他們的新方法，作者設(shè)計了傳感器來監(jiān)視短單鏈DNA片段和肌酐的濃度。在數(shù)小時的時間內(nèi)對濃度進行監(jiān)控，時間分辨率為幾分鐘。
肌酐是一種代謝物分子，其質(zhì)量僅為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之間測量標(biāo)記。單鏈DNA可以在10 nM和1μM之間測量。
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)測小分子。我們的下一個目標(biāo)是展示適用于多種分子和生物流體的技術(shù)，以實現(xiàn)未來在醫(yī)療保健，工業(yè)過程和環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用。”
這種創(chuàng)新的傳感方法可以很好地解決針對未來生物傳感器需求的低分子生物標(biāo)志物檢測問題。
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。