新的突破可能导致通用生物传感器

一种新的信号处理技术可能让科学家设计“芯片实验室”,生物传感器可以同时检测多个分析物在巨大的浓度范围。发表在《视神经节研究人员说,这种新技术可能导致突破设计新的通用生物传感器用于医学测试。

远离single-analyte测试

芯片实验室测试设备并不是一个新发明。然而,很多设备生产分析bioparticles——如病毒颗粒和DNA只能专注于一种分析物或一种类型的测试。当你看到不同的生物分子的多样性存在于身体,和他们截然不同的浓度,可以清楚地看到为什么以前的生物传感器往往有一个非常狭窄的焦点。

为了扩大如何使用这些若芯片,加州大学圣克鲁斯分校的研究人员杨百翰大学(加州大学)和(杨百翰大学)已经开发出一种新的测试平台,可用于多种类型的分析。基于optofluidic芯片——使用光来控制周围流体的运动在硅微尺度通道或塑料芯片——新平台检测粒子通过一束激光照亮,然后测量被光敏探测器的响应。

研究小组先前证明使用该设备在检测不同粒子类型——包括核酸、蛋白质、病毒、细菌和癌症的生物标志物。然而,这些测试一直使用单独的探测器类型和信号分析技术取决于这些粒子在高或低浓度。该组织报道,在最新出版的无缝检测的荧光nanobeads出现在混合等八个数量级,attomolar摩尔。

“这项工作是我们的最新一步发展中综合optofluidic传感设备足够敏感检测单个生物分子和工作在一个非常广泛的浓度,”说主要研究作者Holger施密特电气和计算机工程的特聘教授和主席辛格Narinder Kapany光电UCSC的。“我们已经表明,这可以用一个方法,我们可以同时测量和区分多个粒子类型,即使他们有非常不同的浓度。”

改进信号处理允许多功能生物传感器

在这个新的研究中,研究人员报道了一种新的信号处理方法,可以用来探测粒子在高和低浓度同时,即使浓度出现在一个给定的样本不提前知道。

通过结合不同的激光信号的调制频率,高频调制单粒子在低浓度,为大信号和低频调制来自许多粒子高浓度——研究人员可以同时测量更广泛的信号。

“其次,我们实现了一个反馈回路,检测信号时非常大,相应地调整输入激光功率,”说施密特。“通过这种方式,我们可以检测大信号从高浓度没有压倒性的可能存在的弱信号从另一个物种在低浓度。这允许我们同时检测粒子出现在非常不同的浓度。”

此外,研究人员还开发出一种快速新算法,该算法能实时识别单粒子信号。机器学习也应用于信号模式来促进快速识别与高水平的准确性。

“这些信号分析进步的理想使设备操作在护理点信号质量会差和实时数据分析是必需的,”说施密特。

生物传感器用于医学测试

研究人员演示了使用这种新的处理方法和平台通过抽水optofluidic生物传感器芯片的解决方案nanobeads用不同的颜色在不同的浓度会发出荧光。报道在论文中,研究人员能够正确识别黄绿色和深红色珠浓度的浓度混合物,尽管他们不同浓度超过10000倍。

“虽然这工作发展一个特定的集成传感器基于光学荧光信号,信号分析技术可以用于任何类型的时间信号覆盖一个浓度范围宽,“说施密特。“这可以包括不同的光信号,还电子传感器。”

研究者的Fluxus目前商业化的技术公司,总部位于加州医疗设备公司。此外,研究人员本身工作适应的方法研究分子产品的人工神经元细胞组织瀑样。最终,研究项目旨在提供进一步的洞察,可以应用于神经退行性疾病和儿童癌症研究。

参考:Ganjalizadeh V,霍金斯,施密特h .自适应时间调制技术多路复用芯片上的跨尺度粒子检测。视神经节。2023年。doi:10.1364 / OPTICA.489068

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