癌癥早期診斷：這款新型生物傳感器速度快20倍！

　　韓國(guó)大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科研團(tuán)隊(duì)利用「蜘蛛網(wǎng)微磁圖案」，開(kāi)發(fā)出的新集成生物傳感器的芯片實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，比現(xiàn)有生物傳感器快20倍。這項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用于癌癥等疾病的早期診斷和復(fù)發(fā)診斷。

　　創(chuàng)新背景

　　為了更好理解這項(xiàng)創(chuàng)新研究，我還是從生物傳感器說(shuō)起。

　　生物傳感器，顧名思義，它對(duì)于生物物質(zhì)敏感，能夠?qū)舛绒D(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的傳感器設(shè)備。

　　它的組成由識(shí)別元件即固定化的生物敏感材料（包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等）及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。

　　然而，感知能力對(duì)于生物傳感器來(lái)說(shuō)，是十分重要的性能指標(biāo)。它由傳感器的「分辨率」和「分子的移動(dòng)及反應(yīng)速率」共同決定。

　　包括韓國(guó)在的許多國(guó)家的研究小組都紛紛通過(guò)開(kāi)發(fā)納米材料，提高生物傳感器分辨率。但是，傳感器的靈敏度仍然受到一定的限制，這是由于生物分子向感知區(qū)域傳輸時(shí)，擴(kuò)散速度比較低。

　　所以，目前的瓶頸簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：

　　蛋白質(zhì)和DNA等生物分子，由于只依賴(lài)于擴(kuò)散進(jìn)行傳輸，所以運(yùn)動(dòng)的很慢。

　　創(chuàng)新探索

　　類(lèi)似蜘蛛網(wǎng)狀的生物傳感器平臺(tái)示意圖

　　面對(duì)挑戰(zhàn)，CheolGi Kim 教授帶領(lǐng)的大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科研團(tuán)隊(duì)，在這方面又進(jìn)行了創(chuàng)新探索，下面我們來(lái)看看他們的成果。

　　這項(xiàng)研究的論文發(fā)表于自然出版集團(tuán)的《亞洲材料》雜志上，它也是一個(gè)國(guó)際性的學(xué)術(shù)雜志。研究人員受到了BioNano健康研究小組和韓國(guó)科學(xué)、信息技術(shù)及未來(lái)計(jì)劃部等離子體生物科學(xué)研究中心的支持。

　　他們開(kāi)發(fā)的是一種集成生物傳感器的芯片實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，比現(xiàn)在使用的類(lèi)似蜘蛛網(wǎng)微磁圖案的生物傳感器，檢測(cè)能力要快20倍。

　　這些生物分子，被超順磁粒子進(jìn)行標(biāo)記，并且施加以附加電磁場(chǎng)，使得這些生物分子的運(yùn)動(dòng)很容易受到控制，也容易被超靈敏的磁性傳感器檢測(cè)到。

　　核心技術(shù)

　　使用磁泳蜘蛛網(wǎng)的生物傳感器

　　a. 集成傳感器的磁蜘蛛網(wǎng)的示意圖

　　b. 集成傳感器的磁蜘蛛網(wǎng)掃描電子顯微鏡圖

　　c. 在圖A和B中的傳感器和磁圖案的代表性的分層結(jié)構(gòu)示意圖

　　研究團(tuán)隊(duì)利用蜘蛛網(wǎng)狀的「微磁學(xué)圖案」，開(kāi)發(fā)了這種新型生物傳感器平臺(tái)。它提高了生物傳感器的感知能力，這是因?yàn)椋?/p>

　　它將標(biāo)記有超順磁粒子的生物分子，吸引到感知區(qū)域，提高采集低密度生物分子的能力。

　　對(duì)此，論文的第一作者 Byeonghwa Lim，也是大邱慶北科學(xué)技術(shù)院新興材料科學(xué)學(xué)院關(guān)于生物傳感器平臺(tái)研究方面的博士，他這么說(shuō)：

　　“我們放置了蜘蛛網(wǎng)形狀的微磁場(chǎng)圖案，使得超順磁粒子向著平臺(tái)的傳感器和高靈敏度傳感器的中心移動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)施加于蜘蛛網(wǎng)磁圖案時(shí)，傳感器便能快速吸引標(biāo)記有超順磁粒子的生物分子。它的運(yùn)動(dòng)速度很快，并且比擴(kuò)散方式檢測(cè)測(cè)試對(duì)象的速度快20倍。”

　　創(chuàng)新價(jià)值

　　傳感器的測(cè)量信號(hào)

　　a. 集成磁阻傳感器的磁蜘蛛網(wǎng)芯片的圖片

　　b. 和傳感器感知區(qū)域相關(guān)的基于粒子位置有效的雜散磁場(chǎng)圖像

　　c. 測(cè)量的傳感器信號(hào)

　　研究團(tuán)隊(duì)也成功利用生物傳感器平臺(tái)，在離感知區(qū)域一定距離之外的地方，檢測(cè)到了與超順磁粒子成對(duì)的生物分子。

　　除此之外，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)辨別出超順磁性納米粒子，它不僅扮演了運(yùn)輸生物分子的角色，而且也作為標(biāo)簽使得傳感器能夠辨別生物分子的位置。

　　金教授稱(chēng)：

　　“現(xiàn)有的生物傳感器需要很長(zhǎng)時(shí)間，才能檢測(cè)出低密度的生物分子，并且會(huì)導(dǎo)致低的傳輸效率，因?yàn)樗麄冎灰揽繑U(kuò)散?；诖艌?chǎng)的生物傳感器平臺(tái)，不僅提高了生物分子的采集能力，而且提高了生物分子運(yùn)動(dòng)的速度和靈敏度。因此，我們計(jì)劃使用這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行癌癥等疾病的早期診斷和復(fù)發(fā)診斷。”

　　應(yīng)用價(jià)值

　　對(duì)于這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，最大的一點(diǎn)，也正如研究人員所描述，就是用于癌癥等疾病的早期檢測(cè)，由于其速度較快，所以大大降低了診斷的時(shí)間成本，有利于更加迅速的診斷疾病，從而更好地造福人類(lèi)健康。