癌癥早期診斷：這款新型生物傳感器速度快20倍！

　　韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科研團隊利用「蜘蛛網(wǎng)微磁圖案」，開發(fā)出的新集成生物傳感器的芯片實驗室平臺，比現(xiàn)有生物傳感器快20倍。這項技術(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

　　為了更好理解這項創(chuàng)新研究，我還是從生物傳感器說起。

　　生物傳感器，顧名思義，它對于生物物質(zhì)敏感，能夠?qū)舛绒D(zhuǎn)換為電信號進行檢測的傳感器設(shè)備。

　　它的組成由識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、場效應(yīng)管、壓電晶體等等）及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。

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

　　包括韓國在的許多國家的研究小組都紛紛通過開發(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，擴散速度比較低。

　　所以，目前的瓶頸簡單來說就是：

　　蛋白質(zhì)和DNA等生物分子，由于只依賴于擴散進行傳輸，所以運動的很慢。

　　創(chuàng)新探索

　　類似蜘蛛網(wǎng)狀的生物傳感器平臺示意圖

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

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

　　他們開發(fā)的是一種集成生物傳感器的芯片實驗室平臺，比現(xiàn)在使用的類似蜘蛛網(wǎng)微磁圖案的生物傳感器，檢測能力要快20倍。

　　這些生物分子，被超順磁粒子進行標記，并且施加以附加電磁場，使得這些生物分子的運動很容易受到控制，也容易被超靈敏的磁性傳感器檢測到。

　　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

　　研究團隊利用蜘蛛網(wǎng)狀的「微磁學(xué)圖案」，開發(fā)了這種新型生物傳感器平臺。它提高了生物傳感器的感知能力，這是因為：

　　它將標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)于生物傳感器平臺研究方面的博士，他這么說：

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

　　創(chuàng)新價值

　　傳感器的測量信號

　　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圖像

　　c. 測量的傳感器信號

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

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

　　金教授稱：

　　“現(xiàn)有的生物傳感器需要很長時間，才能檢測出低密度的生物分子，并且會導(dǎo)致低的傳輸效率，因為他們只依靠擴散。基于磁場的生物傳感器平臺，不僅提高了生物分子的采集能力，而且提高了生物分子運動的速度和靈敏度。因此，我們計劃使用這個平臺進行癌癥等疾病的早期診斷和復(fù)發(fā)診斷。”

　　應(yīng)用價值

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