可早診早篩阿爾茲海默癥的碳基生物快檢平臺面世

　　阿爾茲海默癥（AD）是困擾人類的世界性難題，用于AD患者確診檢測的取腦脊液分析、正電子發射斷層掃描等方法，不僅侵入性強、價格昂貴，而且無法作為早期AD患者的篩查手段。

　　近日，湖南先進傳感與信息技術創新研究院張志勇教授-肖夢夢博士團隊開發了一種核酸適體功能化、快速低成本的碳基生物快檢平臺。7月11日，《美國化學會·傳感器》（ACS Sensors）在線發表了該成果，并被選為封面文章。該研究院為論文第一單位，湘潭大學2019級研究生陳弘為第一作者。

　　阿爾茲海默癥是一種高發病率和高致死率的疾病。近期，中國科協將“如何早期診斷無癥狀期的阿爾茲海默癥”作為2022年十大重大前沿的首要科學問題。因此，開發一種高靈敏、低創的檢測方式，實現在無癥狀階段對AD的早期診斷治療至關重要。

　　相對于取腦脊液進行分析，采取患者血液更加方便快捷且能減輕痛苦，血液、血清中的AD標志物可作為早期低創檢測的主要對象。然而，由于血液中AD標志物濃度極低，動態范圍大，存在各種干擾物，因此在高靈敏和可重復性檢測方面仍然存在很大障礙。

　　為解決上述問題，該團隊使用了半導體加工工藝批量制備的碳基（半導體碳納米管）傳感芯片，通過金顆粒和待檢測標志物適配體在器件的柵極上進行功能化修飾，得到了具有優異的可靠性和良好的均一性的碳基場效應晶體管生物傳感器。這種半導體工藝相兼容的制備方式為未來生物傳感器的批量重復性制造奠定了基礎。

　　研究者發現，上述生物傳感器在靜態檢測和動態檢測中均展現了很高的重復性。在靜態測試中，受檢測的每組10個傳感器，對目標物均獲得了15%左右的響應，而對非目標物的響應均小于5%，最高選擇比高達800%。在動態測試中，每種標志物采用3個傳感器同時檢測，其電流變化趨勢一致，具有較高的重復性，且響應時間小于2分鐘。該結果表明，采用碳管生物傳感器可以實現對血液樣本的AD標志物的快速高特異性檢測，充分展示了在床旁檢測和便攜式檢測等快速篩查需求中的應用潛力。

　　同時，傳感器的線性動態范圍超過4個量級，穩定性超過30分鐘，變異系數小于10%，回收率范圍為88%至108%，體現了很強的可靠性。該工作通過使用MCH、BSA和Tween20對生物傳感器非特異性位點封閉，使血清中非特異性吸附從40%降至5%，大大提升了在血清復雜環境中的抗干擾能力，也將Aβ42和Aβ40肽的理論檢測下限分別推進至45aM 和55aM，為當前各種檢測方法中的最優結果。這表明采用碳管生物傳感器可以在阿爾茲海默癥病人的無癥狀期采用低成本低創的血清快速篩查方式進行診斷及病情發展追蹤，實現對AD患者的早發現、早干預、早治療，避免病情發展到不可逆轉的臨床癥狀期。

　　據介紹，該成果展現出適配體功能化的CNT FETs生物傳感器的高靈敏度和可靠性，為實現AD的早期診斷和大規模篩選測試提供了一種高效、低創的檢測方式。該傳感器采用低溫工藝批量化制備，有望與碳基芯片技術和微流控技術相結合，集成外圍電路，形成小型智能化便攜式檢測裝置，以促進該傳感器在臨床上的應用。

　　該論文審稿人認為，該研究構建了一種基于高度均勻半導體碳納米管膜的場效應晶體管生物傳感器，以實現對AD核心血液標志物β-淀粉樣蛋白(Aβ)的高靈敏度和選擇性檢測，并可批量生產。該論文實驗結果和研究完整性達到了國際頂尖水平。

　　湖南先進傳感與信息技術創新研究院是在湖南省人民政府資助下，由湘潭大學與北京大學合作共建的新型研發機構，研究院科研團隊由中國科學院院士彭練矛領銜，現已初步建成出全球首條碳基傳感器芯片小試線。