0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

一种水凝胶-石墨烯三维生物传感器构型

微流控 来源:麦姆斯咨询 作者:麦姆斯咨询 2022-05-17 09:41 次阅读

急性心肌梗死(AMI)是我国致死率最高的疾病之一,约每20秒就有一名中国人死于急性心梗。AMI的诱因包括高血压、高血脂、过劳、烟酒、情绪激动、暴饮暴食、睡眠不足等等,高风险人群范围极大。与此同时,AMI对抢救时间极为敏感,通常发病6小时以内的救治最为有效。然而由于症状十分复杂,包括牙痛、头疼、肩胛骨疼痛甚至脚底疼痛等等都有可能是急性心梗的征兆,而其诊断仍然需要在大型医院进行血液化验和心脏彩超,流程复杂耗时长,同时造成了大量急性心梗患者因“怕麻烦”而耽误了治疗。基于以上因素,近年来我国AMI病例出现了年轻病例比例上升、非典型症状病例上升、死亡率上升等趋势,统计数据显示,从2002年起15年时间里,城市AMI死亡率上升了362%。

针对AMI最为理想的筛查方式应该是可以在任意时间、任意地点,快速获得结果。如果患者可以像使用家用血糖仪一样随时随地通过一滴血快速筛查AMI风险,可预见将极大的降低AMI致死的风险。然而虽然人体血液中含有针对AMI有着极高特异性的蛋白标志物(如心肌肌钙蛋白cTnI等),但是针对目前针对这些标志物的检测存在以下困难:(1)检测方法大多基于抗体,而抗体本身具有活性,其存储、使用往往需要较为严苛的医学环境,当储存温度过高时将很容易造成抗体失活,导致传感器失效;(2)检测流程中需要对血液进行预处理,以排除血液中大蛋白分子、脂类等对敏感过程的干扰。以上两点困难使得目前针对AMI的检测、筛查只能在较为完备的医疗环境中进行,而无法实现即时即地筛查或检测。

据麦姆斯咨询报道,为了解决上述这些问题,哈尔滨工业大学潘昀路教授课题组近日提出了一种水凝胶-石墨烯三维生物传感器构型。该构型将超浸润多孔水凝胶、核酸适配体与石墨烯场效应管有机结合,利用高稳定性、高特异性的核酸适配体解决了抗体稳定性较差的问题;利用超浸润多孔水凝胶的自过滤、自清洁功能解决了血液中大分子蛋白和脂类对石墨烯敏感表面的影响;利用石墨烯场效应管实现了对表面微量蛋白浓度变化的高效敏感。与此同时,水凝胶-核酸适配体三维敏感层实现了敏感区域的三维化,一方面增强了传感器的整体增益,同时可通过控制三维敏感层厚度来调整传感器整体性能,使其在关键浓度区域具有较高的敏感能力。

0b595c8e-d57e-11ec-bce3-dac502259ad0.png

超浸润自过滤水凝胶-石墨烯三维生物传感器

具体而言,该传感器具有:(1)超浸润自过滤自清洁能力,水凝胶复合层使用丙烯酰胺单体和单链DNA适配体探针聚合形成三维“海绵状”的孔隙结构,可以在特异性捕捉目标疾病标志物的同时通过其超亲水水下超疏油的超润湿特性和孔隙结构阻隔样本溶液中的非目标分子,从而成功地抑制石墨烯表面非特异性吸附对传感器响应信号的干扰,同时其自清洁能力使得敏感层极易清洗,便于重复使用;(2)三维生物敏感性,可通过在高度维度上的叠加提高生物传感器的响应信号强度;(3)高稳定性,可在加热80摄氏度半小时后仍然保持性能。

0bbab1e6-d57e-11ec-bce3-dac502259ad0.png

全血中水凝胶-石墨烯三维生物传感器自过滤能力的表征

0bdff0be-d57e-11ec-bce3-dac502259ad0.png

具有可调节检测灵敏度范围的水凝胶-石墨烯三维生物传感器

在此基础上,该课题组开发了急性心梗快速筛查器件,可实现像家用血糖仪一样,通过测量一滴血判定心梗风险,通过初步临床试验发现,该器件可在7分钟内判定全血样本是否为高风险样本,准确率高达94%。由于该器件兼具高稳定性、小巧方便等特点,可应用于家庭、社区对急性心梗的即时、即地快速筛查,有望大幅降低急性心梗的致死率。

0c04b980-d57e-11ec-bce3-dac502259ad0.png

三维生物传感器对心肌梗塞病患生物标志物快速准确分析

总体来说,该生物传感器构型克服了使用石墨烯等高灵敏度材料作为导电沟道的传感器难以在真实人体体液中进行检测的问题,可通过更换核酸适配体实现对更多疾病标志物的检测,且可通过调整核酸适配体浓度、三维敏感层厚度等方式调整传感器敏感特性使其在临界阈值浓度附近具有较高的灵敏度和增益,有望促进石墨烯生物传感器在个人医疗健康领域的进一步发展。

相关成果于2022年5月以“Ultra-sensitive and rapid screening of acute myocardial infarction using 3D-affinity graphene biosensor”为题发表在Cell Reports Physical Science上,王子然博士是该论文的第一作者,潘昀路教授是该论文的通讯作者,哈尔滨工业大学为该论文的通讯单位,同时该研究是在哈尔滨医科大学附属第四医院杨春博士的大力支持下完成。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100855

审核编辑 :李倩

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 石墨烯
    +关注

    关注

    54

    文章

    1540

    浏览量

    79388
  • 生物传感器
    +关注

    关注

    12

    文章

    366

    浏览量

    37310

原文标题:​水凝胶-石墨烯三维生物传感器,可快速筛查急性心肌梗死

文章出处:【微信号:Micro-Fluidics,微信公众号:微流控】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    什么是石墨和白石墨

    石墨石墨一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二碳纳米材料。这种独特的结构
    的头像 发表于 09-30 08:02 269次阅读
    什么是<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>和白<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>?

    利用HDPlas等离子功能化工艺,可增强CGM动态血糖仪微型传感器性能

    由于对实时人体健康监测以及无缝人机交互的需求正在迅速增长,近年来已经进行了大量研究工作来研究可穿戴传感器和植入式设备。石墨作为一种新型二
    发表于 09-10 15:45

    高可调性材料:Haydale生物传感器油墨,打造灵活定制化印刷解决方案

    Haydale生物传感器油墨是一种高可调性材料,适用于灵活定制化印刷解决方案。它采用先进的材料如石墨,通过HDPlas功能化过程制造,具有优异的电导性和酶固定化特性。该油墨在血糖管理
    的头像 发表于 08-23 16:38 183次阅读

    高导电石墨导电油墨

    Haydale的石墨油墨内含用使用“等离子表层处理技术”进行表层处理过的石墨,该油墨含有新的表面官能团,以获得增强的导电性,可应用于柔性电池集流体,RFID天线,
    的头像 发表于 07-17 15:21 336次阅读
    高导电<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>导电油墨

    Aigtek功率放大器如何帮助纳米电子生物传感器更好的研发和生产

    如何生产出来的呢?功率放大器又在期研究中发挥了怎样的效能呢?今天Aigtek 安泰电子 就带大家起了解下~ 纳米电子生物传感器一种利用纳米电子技术制造的
    的头像 发表于 05-20 10:59 309次阅读
    Aigtek功率放大器如何帮助纳米电子<b class='flag-5'>生物传感器</b>更好的研发和生产

    电化学生物传感器生物检测领域的显著优势

    电化学生物传感器生物检测领域具有显著的优势,这些优势不仅体现在其高灵敏度、快速响应等方面,更在于其在医学诊断、环境监测、食品安全等多个领域中的广泛应用。下面将详细阐述电化学生物传感器生物
    的头像 发表于 04-29 10:00 513次阅读
    电化学<b class='flag-5'>生物传感器</b>在<b class='flag-5'>生物</b>检测领域的显著优势

    郡科技:电化学生物传感器电极与生物芯片的异同

    、结构和应用上有所不同。 电化学生物传感器一种利用生物学反应来检测特定分子的技术。它们通常由生物传感器元件(如酶、抗体、核酸等)、电极以及电路组成。当特定的分子(如蛋白质、糖类、药物
    的头像 发表于 04-28 14:08 647次阅读
    <b class='flag-5'>三</b>郡科技:电化学<b class='flag-5'>生物传感器</b>电极与<b class='flag-5'>生物</b>芯片的异同

    安泰ATA-2161高压放大器在生物传感器研究中的应用

    生物传感器(biosensor),是一种生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器,它利用固定化生物成分或生物体作为敏感元件。
    的头像 发表于 03-27 11:18 352次阅读
    安泰ATA-2161高压放大器在<b class='flag-5'>生物传感器</b>研究中的应用

    ​科普|生物传感器

    01原理 首先生物传感器的组成包含抗体、抗原、蛋白质、DNA或者酶等生物活性材料,当待测物质进入传感器后,这些生物活性材料与待测物进行分子识别,然后发生
    的头像 发表于 03-21 17:17 898次阅读

    石墨电容

    的寿命长久,循环次数高达数千次,这意味着您可以长时间使用而无需担心更换问题。它的稳定性和可靠性,让您的设备始终保持最佳状态。 四、绿色环保,助力可持续发展 石墨电容作为一种绿色环保的储能元件,具有较低
    发表于 02-21 20:28

    硅晶圆上直接生长石墨实现高灵敏生化传感平台

    常用的湿法转移制备工艺与半导体工艺难以兼容,所用有机支撑层、金属刻蚀剂等易造成化学杂质残留,限制了石墨生物传感器器件产率和传感性能。在绝缘或半导体等介质基底上无金属催化剂直接生长二
    的头像 发表于 01-03 11:13 466次阅读
    硅晶圆上直接生长<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>实现高灵敏生化<b class='flag-5'>传感</b>平台

    三维传感器正负值如何变为正值

    三维传感器正负值如何变为正值  三维传感器一种用于测量物体施加在其上的力的设备。它可以提供
    的头像 发表于 12-18 15:35 427次阅读

    研究 \ 一种具有高导热性石墨基相变复合材料

    用PCMs填充三维(3D)石墨骨架可以显著PCMs对太阳能的吸收和转换效率,同时也降低了泄漏的风险。然而,3D石墨骨架大多是通过冷冻干燥
    的头像 发表于 12-07 11:23 493次阅读
    研究 \ <b class='flag-5'>一种</b>具有高导热性<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>基相变复合材料

    一种利用石墨凝胶作为电极的新型高灵敏度压力传感器

    石墨凝胶是现存最轻的材料,它还是一种高强度、高孔隙率的材料。
    的头像 发表于 11-21 09:05 1028次阅读
    <b class='flag-5'>一种</b>利用<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>气<b class='flag-5'>凝胶</b>作为电极的新型高灵敏度压力<b class='flag-5'>传感器</b>

    基于结构色凝胶生物传感器应用

    在此基础上将不同颜色的结构色凝胶集成为传感阵列,可以对患者口臭程度进行分级,对其患牙周炎的风险进行评估。该传感器可以与手机联用,通过分析样品照片的颜色自动给出检测结果,与基于Hali
    发表于 11-20 15:16 678次阅读
    基于结构色<b class='flag-5'>水</b><b class='flag-5'>凝胶</b>的<b class='flag-5'>生物传感器</b>应用