生物传感器快速检测肿瘤坏死因子α

研究人员与学院Nanodevice制造集团正在开发一种新型的生物传感器,可用于屏幕阿尔茨海默病和其他疾病。

传感器的工作原理是探测特定类型的小型蛋白质,在这种情况下被称为肿瘤坏死因子α细胞因子(肿瘤坏死因子α),这是参与体内的炎症。异常细胞因子水平与各种各样的疾病,包括阿尔茨海默氏症、癌症、心脏病、自身免疫和心血管疾病。

肿瘤坏死因子α可以作为生物标志物,可测量的特征表明健康状况。

COVID-19也可以引起炎症反应被称为“细胞因子风暴”,和研究表明,细胞因子抑制剂是一种有效的治疗对提高生存的机会。

“我们的目标是开发一个微创的传感器,比现有方法更便宜且更易于使用,“工程科学助理教授迈克尔·安达充说,项目的副主管。

“这些传感器也小,有可能被放置在医生的办公室来帮助诊断不同的疾病,包括阿尔茨海默病。”

足立说,有许多的方法来检测生物标志物蛋白如酶联免疫吸附试验(ELISA)和质谱分析,但他们有几个缺点。这些现有的方法是昂贵的,需要发送样品到实验室进行测试和它可以休息一天或者更多接受结果。

他指出,他们的生物传感器是极为敏感的部位,可以检测肿瘤坏死因子α在非常低浓度(10 fM) -浓度远低于正常健康的血液样本中发现(200 - 300 fM)。

当前对阿尔茨海默病筛查包括问卷调查来确定人有症状,脑成像或脊椎抽液过程涉及测试脑脊髓液中的生物标志物蛋白潜在的病人。

团队完成概念验证阶段,证明二电极二极管传感器有效地检测肿瘤坏死因子α在实验室设置。他们计划在临床试验中测试生物传感器,以确保它能够有效地检测生物标志物蛋白血液样本中包含许多不同的干扰蛋白质和其他物质。

“我们将继续测试设备的检测能力相同的蛋白质使用血液等体液样本,“说工程科学博士生Hamidreza Ghanbari。“另一个目标是使用相同的设备,但不同的受体检测的蛋白质更具体的阿尔茨海默氏症”。

研究人员也提出了临时专利申请的技术许可办公室(TLO)学院。项目需要一个跨学科的方法结合领导从足立在工程科学和教授凯伦Kavanagh部门的物理和米里亚姆松香在生物医学生理学和人体运动学(BPK)。

“我们需要确保每个传感器是由完全相同的浓度所需的公差我们试图预测或检测,这是真正的挑战,“Kavanagh说。

它是如何工作的

Kavanagh说他们的传感器取决于类型的半导体的性质,研究了其二维(2 d)属性,二硫化钼(监理)。这种化合物有不同的属性相比普通半导体硅或砷化镓(砷化镓),这是更广泛使用的和容易理解。

Thushani De Silva是工程科学硕士研究生从事该项目并强调设备是基于电气测量。

“基本上,我们有一个半导体传感区域和目标蛋白与传感器时,它改变了电信号输出,”她解释说。“通过测量这一变化,我们可以测量蛋白质存在于体液的浓度。”

团队使用一种叫做二维材料,纳米材料的潜在自动薄和用作传感层。应用DNA序列称为寡核苷酸适配子这些2 d材料。

一次生物标志物蛋白引入到传感器表面造成分钟电特性的变化。通过查看电气传感层的输出他们可以确定这些生物标志物蛋白的浓度在一个简单的解决方案。

参考:De Silva T, Fawzy M, Hasani, et al。超灵敏快速的细胞因子传感器基于几何不对称二维二硫化钼二极管。Nat Commun。2022;13 (1):7593。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 35278 - 2

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