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新聞資訊

來源:埃因霍溫理工大學(EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY)

生物傳感器測量用于生物醫學,環境和工業應用的生物樣品中分子的濃度,理想情況下,它們應提供實時,連續的數據。但是,連續監測低濃度的小分子是有問題的。埃因霍溫科技大學的研究人員開發了一種基于分子相似性的創新傳感方法。在未來用于監測健康和疾病的生物傳感器中,這可能是至關重要的。

來自TU / e的生物醫學工程和應用物理系的研究人員在ACS Sensors上發表的一篇論文中,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測量生物樣品中感興趣的低質量分子的濃度。

“我們的方法為未來的生物傳感器提供了一個平臺,可以持續監控與個人健康狀況(例如腎臟或肝臟衰竭)相關的標記物,” Yan說。

生物傳感器101

現有的生物傳感器通常從單個生物樣品中給出單個測量結果。樣品可以是血液,汗液,尿液或唾液,其結果可以是樣品中蛋白質,激素,藥物或病毒的水平。

但是,需要是傳感器提供連續的數據流,而不是僅提供單個數據點,因為這樣可以使個人監視醫療狀況隨時間的發展情況。

目前市場上可買到的連續生物傳感器是連續葡萄糖監測器(CGM),它連續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測量。這為傳感器創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:一個涉及可與目標分子結合的生物受體的分子組件,一個將分子識別轉換為可檢測信號的轉導原理以及一個記錄該信號并將其呈現為答案的檢測系統易于理解的數字,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-設計分子原理以連續測量低分子量和低濃度的目標分子。”

分子外觀

Yan、Prins和他的團隊設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分子結合的抗體。當測試液中沒有分子時,相似分子可自由結合抗體。但是,當流體中存在感興趣的分子時,這些分子可以與抗體結合。結果,相似物從它們與抗體的結合中釋放出來。”

相似分子不會像測試流體中的目標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,從而可以檢測結合狀態和未結合狀態之間的切換。

綁定是關鍵

傳感平臺的操作非常簡單,而且必須說得很出色。所有分子結合事件均設計為可逆的。這包括抗體與相似物之間的結合,以及抗體與溶液中目標分子之間的結合。

發生涉及流體中相似分子或目標分子的重復結合和未結合事件,并且可以使用光學顯微鏡通過記錄微粒的狀態輕松地測量這些事件。

當溶液中存在高濃度的目標分子時,傳感器表面上的大多數抗體都會被封閉。這降低了微粒轉變為結合態的可能性。另一方面,當濃度低時,由于分子相似物的可逆結合,在結合狀態和未結合狀態之間會發生許多轉換。

Yan說:“檢測由特定分子相互作用引起的大量粒子的結合和解離事件是該技術的關鍵,它使我們能夠測量流體中分子濃度的微小變化。”

通過測試和后續步驟

為了測試他們的新方法,作者設計了傳感器來監視短單鏈DNA片段和肌酐的濃度。在數小時的時間內對濃度進行監控,時間分辨率為幾分鐘。

肌酐是一種代謝物分子,其質量僅為113道爾頓,是腎臟功能的標志?梢栽卺t學相關范圍內在10μM和10 mM之間測量標記。單鏈DNA可以在10 nM和1μM之間測量。

這些結果非常有希望,并表明可以在廣泛的濃度范圍內連續監測小分子。我們的下一個目標是展示適用于多種分子和生物流體的技術,以實現未來在醫療保健,工業過程和環境監測中的應用。”

這種創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,中文內容僅供參考,一切內容以英文原版為準。


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