来源：埃因霍温理工大学（EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY）

生物传感器测量用于生物医学，环境和工业应用的生物样品中分子的浓度，理想情况下，它们应提供实时，连续的数据。但是，连续监测低浓度的小分子是有问题的。埃因霍温科技大学的研究人员开发了一种基于分子相似性的创新传感方法。在未来用于监测健康和疾病的生物传感器中，这可能是至关重要的。

来自TU / e的生物医学工程和应用物理系的研究人员在ACS Sensors上发表的一篇论文中，Junhong Yan，Menno Prins及其同事展示了一种新方法，该方法可以基于通过粒子迁移率（BPM）进行的生物传感来连续测量生物样品中感兴趣的低质量分子的浓度。

“我们的方法为未来的生物传感器提供了一个平台，可以持续监控与个人健康状况（例如肾脏或肝脏衰竭）相关的标记物，” Yan说。

生物传感器101

现有的生物传感器通常从单个生物样品中给出单个测量结果。样品可以是血液，汗液，尿液或唾液，其结果可以是样品中蛋白质，激素，药物或病毒的水平。

但是，需要是传感器提供连续的数据流，而不是仅提供单个数据点，因为这样可以使个人监视医疗状况随时间的发展情况。

目前市场上可买到的连续生物传感器是连续葡萄糖监测器（CGM），它连续测量组织间皮肤液中的葡萄糖，这对糖尿病患者非常有用。不幸的是，除葡萄糖以外的分子尚不能连续测量。这为传感器创新提供了重要的机会！

每个生物传感器均由三个主要部分组成：一个涉及可与目标分子结合的生物受体的分子组件，一个将分子识别转换为可检测信号的转导原理以及一个记录该信号并将其呈现为答案的检测系统易于理解的数字，图形，声音或灯光指示。

Prins说：“在这项工作中，我们专注于第一部分-设计分子原理以连续测量低分子量和低浓度的目标分子。”

分子外观

Yan、Prins和他的团队设计的传感器采用了分子外观的相似性或感兴趣分子的仿制版本。

那么这些相似的分子如何帮助检测真实分子呢？ Menno Prins进一步解释说：“传感器的表面涂有可以与目标分子结合的抗体。当测试液中没有分子时，相似分子可自由结合抗体。但是，当流体中存在感兴趣的分子时，这些分子可以与抗体结合。结果，相似物从它们与抗体的结合中释放出来。”

相似分子不会像测试流体中的目标分子那样在传感器周围自由移动。这些相似的分子附着在微粒上，微粒使用DNA束缚在传感器的表面，从而可以检测结合状态和未结合状态之间的切换。

绑定是关键

传感平台的操作非常简单，而且必须说得很出色。所有分子结合事件均设计为可逆的。这包括抗体与相似物之间的结合，以及抗体与溶液中目标分子之间的结合。

发生涉及流体中相似分子或目标分子的重复结合和未结合事件，并且可以使用光学显微镜通过记录微粒的状态轻松地测量这些事件。

当溶液中存在高浓度的目标分子时，传感器表面上的大多数抗体都会被封闭。这降低了微粒转变为结合态的可能性。另一方面，当浓度低时，由于分子相似物的可逆结合，在结合状态和未结合状态之间会发生许多转换。

Yan说：“检测由特定分子相互作用引起的大量粒子的结合和解离事件是该技术的关键，它使我们能够测量流体中分子浓度的微小变化。”

通过测试和后续步骤

为了测试他们的新方法，作者设计了传感器来监视短单链DNA片段和肌酐的浓度。在数小时的时间内对浓度进行监控，时间分辨率为几分钟。

肌酐是一种代谢物分子，其质量仅为113道尔顿，是肾脏功能的标志。可以在医学相关范围内在10μM和10 mM之间测量标记。单链DNA可以在10 nM和1μM之间测量。

这些结果非常有希望，并表明可以在广泛的浓度范围内连续监测小分子。我们的下一个目标是展示适用于多种分子和生物流体的技术，以实现未来在医疗保健，工业过程和环境监测中的应用。”

这种创新的传感方法可以很好地解决针对未来生物传感器需求的低分子生物标志物检测问题。

原文链接：https://www.tue.nl/en/news/news-overview/12-10-2020-future-biosensor-for-continuous-monitoring-using-molecular-look-alikes/

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.0c00220

声明：本文由 Newfellow 编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。

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