基于硅纳米线场效应晶体管的ALT检测生物传感器平台
2023-03-04 23:03:42 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员已经在接近商业化的硅纳米线场效应晶体管（SiNW FET）生物传感器平台上演示了血清ALT活性的多路复用电检测。同时在多个传感器上进行测量以及随后的数据处理将实现可靠的数据报告。
频繁检测血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）的活性对于预防药物性肝损伤（DILI）至关重要。目前，ALT活性测量的金标准是一种基于吸光度的检测方法，需要在临床实验室中建立一个大型的自动化平台。由于ALT检测限于中央实验室，肝衰竭的预后指标和随后的临床干预之间的延迟可能是不可避免的。除了后勤负担和费力的过程之外，由于大型仪器的外形尺寸、购置成本和操作人员的要求等因素，这些测试在资源有限的环境下更不切实际。
据麦姆斯咨询报道，近日，FemtoDx公司的研究人员证明了商业化代工制造的硅纳米线场效应晶体管（SiNW FET）生物传感器的能力，这种生物传感器的尺寸能够实现频繁的床旁检测。研究人员提出了一种ALT检测方法，通过将ALT催化产生的丙酮酸与铁氰化物的还原相结合，实现了ALT活性的分光光度法和电学法测量。这两种方法在足够宽的动态范围内具有相当的ALT活性检测能力，以监测具有DILI风险的患者。这项研究展示了使用非耦合SiNW FET测量内源酶的动力学活性，以及用于便携式生物传感器平台的SiNW FET传感器阵列的商业化制造。
考虑到产品开发和商业化，SiNW FET生物传感器是通过可扩展的晶圆级制造工艺进行设计和制造。数百个纳米线传感器芯片可同时制造。每个纳米线传感器芯片的关键元件包括漏极和源极端子、纳米线阵列和传感区域。研究人员对传感表面进行了修饰，以便于血清ALT活性的测量。这种传感器芯片尺寸为5.0 mm × 5.0 mm，小到足以安装在2.0 cm × 2.4 cm的PCB板上。
纳米线传感器和通过电流传感的ALT检测
通过改变局部离子浓度来调节SiNW FET的电导，以检测ALT酶的活性。在ALT测定中，ALT催化反应产生的丙酮酸与丙酮酸氧化酶偶联，将铁氰化物还原为亚铁氰化物。随着负电荷离子中电子数量的增加，SiNW FET附近的表面电荷变得更负，导致使用电子作为电荷载体的传感器的电导显著下降。
SINW FET生物传感器通过铁氰化物与亚铁氰化物的氧化还原反应进行ALT检测
在微孔板读数仪和SiNW FET生物传感器阵列上，ALT的检测线高达8倍正常上限（ULN），旨在覆盖DILI风险患者所需的范围。测量结果可在600秒内获得，提供了快速可靠的ALT检测读数。最后，研究人员设计了一种不受检测开始时间影响的铁氰化物消耗率测定方法，这对于未来将生物传感平台集成到便携式快速诊断设备中至关重要。
在7个平行传感器上同时检测ALT的结果是一致的
总而言之，研究人员开发了一种将ALT催化产生的丙酮酸与铁氰化物还原相结合的分析化学方法，可以在微孔板读数仪上进行分光光度监测，也可以在可商业化制造的SiNW FET生物传感器阵列上进行电学监测。研究人员已经在接近商业化的SiNW FET生物传感器平台上演示了血清ALT活性的多路复用电检测。同时在多个传感器上进行测量以及随后的数据处理将实现可靠的数据报告。这项研究证明了非耦合SiNW FET生物传感器在动态测量未稀释人血清中内源性酶活性方面的应用。将所开发的SiNW FET生物传感器集成到便携式平台将为肝功能的常规监测提供机会，并可部署在患者附近的环境中。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s44172-023-00057-4
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