基于硅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的ALT生物傳感器檢測(cè)平臺(tái)

頻繁檢測(cè)血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）的活性對(duì)于預(yù)防藥物性肝損傷（DILI）至關(guān)重要。目前，ALT活性測(cè)量的金標(biāo)準(zhǔn)是一種基于吸光度的檢測(cè)方法，需要在臨床實(shí)驗(yàn)室中建立一個(gè)大型的自動(dòng)化平臺(tái)。由于ALT檢測(cè)限于中央實(shí)驗(yàn)室，肝衰竭的預(yù)后指標(biāo)和隨后的臨床干預(yù)之間的延遲可能是不可避免的。除了后勤負(fù)擔(dān)和費(fèi)力的過(guò)程之外，由于大型儀器的外形尺寸、購(gòu)置成本和操作人員的要求等因素，這些測(cè)試在資源有限的環(huán)境下更不切實(shí)際。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，F(xiàn)emtoDx公司的研究人員證明了商業(yè)化代工制造的硅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiNW FET）生物傳感器的能力，這種生物傳感器的尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)頻繁的床旁檢測(cè)。研究人員提出了一種ALT檢測(cè)方法，通過(guò)將ALT催化產(chǎn)生的丙酮酸與鐵氰化物的還原相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了ALT活性的分光光度法和電學(xué)法測(cè)量。這兩種方法在足夠?qū)挼膭?dòng)態(tài)范圍內(nèi)具有相當(dāng)?shù)腁LT活性檢測(cè)能力，以監(jiān)測(cè)具有DILI風(fēng)險(xiǎn)的患者。這項(xiàng)研究展示了使用非耦合SiNW FET測(cè)量?jī)?nèi)源酶的動(dòng)力學(xué)活性，以及用于便攜式生物傳感器平臺(tái)的SiNW FET傳感器陣列的商業(yè)化制造。

考慮到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，SiNW FET生物傳感器是通過(guò)可擴(kuò)展的晶圓級(jí)制造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。數(shù)百個(gè)納米線傳感器芯片可同時(shí)制造。每個(gè)納米線傳感器芯片的關(guān)鍵元件包括漏極和源極端子、納米線陣列和傳感區(qū)域。研究人員對(duì)傳感表面進(jìn)行了修飾，以便于血清ALT活性的測(cè)量。這種傳感器芯片尺寸為5.0 mm × 5.0 mm，小到足以安裝在2.0 cm × 2.4 cm的PCB板上。

納米線傳感器和通過(guò)電流傳感的ALT檢測(cè)

通過(guò)改變局部離子濃度來(lái)調(diào)節(jié)SiNW FET的電導(dǎo)，以檢測(cè)ALT酶的活性。在ALT測(cè)定中，ALT催化反應(yīng)產(chǎn)生的丙酮酸與丙酮酸氧化酶偶聯(lián)，將鐵氰化物還原為亞鐵氰化物。隨著負(fù)電荷離子中電子數(shù)量的增加，SiNW FET附近的表面電荷變得更負(fù)，導(dǎo)致使用電子作為電荷載體的傳感器的電導(dǎo)顯著下降。

SINW FET生物傳感器通過(guò)鐵氰化物與亞鐵氰化物的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行ALT檢測(cè)

在微孔板讀數(shù)儀和SiNW FET生物傳感器陣列上，ALT的檢測(cè)線高達(dá)8倍正常上限（ULN），旨在覆蓋DILI風(fēng)險(xiǎn)患者所需的范圍。測(cè)量結(jié)果可在600秒內(nèi)獲得，提供了快速可靠的ALT檢測(cè)讀數(shù)。最后，研究人員設(shè)計(jì)了一種不受檢測(cè)開(kāi)始時(shí)間影響的鐵氰化物消耗率測(cè)定方法，這對(duì)于未來(lái)將生物傳感平臺(tái)集成到便攜式快速診斷設(shè)備中至關(guān)重要。

在7個(gè)平行傳感器上同時(shí)檢測(cè)ALT的結(jié)果是一致的

總而言之，研究人員開(kāi)發(fā)了一種將ALT催化產(chǎn)生的丙酮酸與鐵氰化物還原相結(jié)合的分析化學(xué)方法，可以在微孔板讀數(shù)儀上進(jìn)行分光光度監(jiān)測(cè)，也可以在可商業(yè)化制造的SiNW FET生物傳感器陣列上進(jìn)行電學(xué)監(jiān)測(cè)。研究人員已經(jīng)在接近商業(yè)化的SiNW FET生物傳感器平臺(tái)上演示了血清ALT活性的多路復(fù)用電檢測(cè)。同時(shí)在多個(gè)傳感器上進(jìn)行測(cè)量以及隨后的數(shù)據(jù)處理將實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)報(bào)告。

這項(xiàng)研究證明了非耦合SiNW FET生物傳感器在動(dòng)態(tài)測(cè)量未稀釋人血清中內(nèi)源性酶活性方面的應(yīng)用。將所開(kāi)發(fā)的SiNW FET生物傳感器集成到便攜式平臺(tái)將為肝功能的常規(guī)監(jiān)測(cè)提供機(jī)會(huì)，并可部署在患者附近的環(huán)境中。

審核編輯：劉清