傳感新品

【中國科學院大學:實現可再生高靈敏度生物傳感器新進展】

可再生的即時檢測（POC）傳感器為疾病標志物的快速檢測提供了一類新型解決方案，但是該類器件面臨循環使用過程中重復污染難題，難以兼具高靈敏度和優異的循環使用次數，制約了該領域的快速發展。

中國科學院大學張鳳嬌副教授、中國科學院大學/中國科學院化學研究所狄重安研究員與中國人民解放軍總醫院李佳副主任醫師報道提出藥物分子探針介導的有機電化學晶體管（DM-OECT）構建新思路，器件對血液中的血液表皮生長因子（EGFR）具有高靈敏檢測能力，同時具有獨特的可再生功能，為POC傳感器的低成本制備提供了新思路。

POC傳感器可實現疾病標志物的快速檢測，是重大疾病診療和術后康復監測的重要路徑，也是生物電子學的重要發展方向之一。然而，現有的POC傳感器普遍成本較高，且特定疾病需要長期高頻率檢測，為高風險人群帶來了巨大的經濟負擔。可再生POC傳感器的核心特征是利用單個器件實現標志物的多次靈敏檢測，進而大幅降低使用成本。傳統的再生方式是通過pH調控、加熱或施加電壓誘導探針與待測物的結合發生解離，但熱動力學平衡和可逆吸附會造成表面反復污染，使得器件在循環使用過程中靈敏度快速下降。利用物理或化學刻蝕方法可以避免物質殘留，但會破壞活性層進而限制器件循環使用次數的提高。

在這項工作中，研究人員提出了全新的藥物分子探針介導的有機電化學晶體管傳感器（DM-OECT）理念（圖1）。該器件具有“refresh-in-sensing（傳感中再生，RIS）”的新機制，即器件在待測物檢測過程中實現同步再生。研究人員使用吉非替尼藥物分子為探針，利用吉非替尼與有機半導體的電荷轉移、吉非替尼與EGFR的特異性靶向作用、EGFR-吉非替尼的構象翻轉，實現EGFR的高靈敏度傳感以及傳感過程中的功能表面再生。

圖1：DM-OECT可再生傳感器示意圖與拉曼成像圖。

利用該類器件，研究團隊成功實現了血液表皮生長因子EGFR的靈敏檢測，其檢測極限降低了兩個量級，可以達到fg/mL（圖2）。更為重要的是，該類器件可以實現超過200次的重復高靈敏檢測（圖3），且穩定性超過28周，滿足血液生物標志物的低成本、長周期監測需求。研究還通過多種活性層、藥物探針和待測物驗證了該方法的普適性。

圖2：基于DM-OECT的EGFR傳感表征結果。

圖3：DM-OECTs的可再生性能表征結果。

研究團隊結合系列界面表征技術，揭示了藥物分子探針介導的RIS傳感機制（圖4）。對于有機電化學晶體管，吉非替尼靠近時與PEDOT:PSS發生電荷轉換，通過質子化改變表面電位，降低電解質與半導體界面處電勢，增強了半導體層的導電性。當EGFR靠近探針層表面，其強結合作用與構型翻轉特性將吉非替尼分子拽離PEDOT:PSS表面，通過去質子化降低器件電流，完成RIS過程。

圖4：DM-OECT的RIS傳感機制。

在此基礎上，研究團隊開發了便攜式血液測試盒，展示了用于非小細胞肺癌（NSCLC）患者EGFR定量分析的陣列器件（圖5）。該器件在全血中保持了可再生高靈敏度傳感性能，循環使用前后均可有效地區分健康個體和NSCLC患者的血液EGFR水平的差異，其主要性能指標可以媲美酶聯免疫吸附試驗試劑盒。更為重要的是，該方法有望將檢測成本降低一個量級以上，為EGFR的低成本連續監測提供了有效方法。

圖5：可再生DM-OECT的臨床血液檢測結果。

總之，研究人員提出了藥物分子介導有機電化學傳感器設計新策略，為新型有機生物電子器件構筑及其相關的POC生物醫學應用提供了新思路。

原文鏈接 https://doi.org/10.1038/s41563-024-01970-5

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