利用有机电化学晶体管将微弱的生物化学信号放大1000多倍
2023-04-12 22:01:29 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
美国西北大学基于有机电化学晶体管开发了一种新方法，能够将生物化学信号提高1000多倍。这种新方法增强微弱信号以提供放大的输出，使生物化学信号更容易检测，无需复杂庞大的电子设备。
人体内的生物化学信号通常非常微弱，很难直接进行检测和分析。据麦姆斯咨询报道，美国西北大学（Northwestern University）的研究人员基于有机电化学晶体管开发了一种新方法，能够将生物化学信号提高1000多倍。这种新方法增强微弱信号以提供放大的输出，使生物化学信号更容易检测，无需复杂庞大的电子设备。
通过放大微弱的生物化学信号，这种新方法使现代医学距离实时、现场诊断和疾病监测又前进了一大步。
该研究通讯作者Jonathan Rivnay说：“如果我们能够可靠地测量体内的生物化学信号，就可以将这些传感器整合到可穿戴设备或植入体中，从而用更小的尺寸和用户负担替代昂贵且庞大的传统电子设备。不过，高质量的提取这些生物化学信号仍然存在挑战。由于体内的信号功率和空间有限，必须找到放大这些信号的有效方法。”
许多化学传感器可以提供微弱的信号，传递有望指导诊断和治疗的充满潜力的重要信息。但事实上，如果不取出样本（血液、汗液、唾液）并通过高科技实验室设备进行检测，医疗保健专业人员几乎无法破译这些信号。通常，这种设备价格昂贵，且位于专业的检测中心。此外，检测结果可能也需要很长的时间才能返回。西北大学研究小组的目标是在不离开身体的情况下感知并放大这些隐藏的信号。
其他的研究人员已经探索了利用适配体进行生物传感的电化学传感器，一种能和靶分子特异性结合的单链寡核苷酸。在成功地与感兴趣的靶分子结合后，适配体就像电子开关一样，折叠成一个新的结构，触发电化学信号。不过，如果不在理想的受控条件下进行测试，单独使用适配体，信号通常很弱，并且非常容易受到噪声和失真的影响。
基于参考有机电化学晶体管（ref-OECT）的电化学适配体基（E-AB）传感器概念设计
为了绕过这个问题，研究团队在传统基于电极的传感器上装配了一个放大组件，开发了一种基于电化学晶体管的传感器。这种传感器具有新颖的结构，可以感应并放大微弱的生物化学信号。其中，电极用于感测信号，附近的晶体管专门用于放大信号。研究人员还加入了一种内置的薄膜参比电极，使放大的信号更加稳定可靠。
为了验证这项新技术，Rivnay的团队实验了一种常见的细胞因子，一种信号蛋白，它可以调节免疫反应并参与组织修复和再生。通过测量伤口附近某些细胞因子的浓度，研究人员可以评估伤口愈合的速度，是否出现新的感染，或者需要其他医疗干预。
通过一系列实验，与传统基于电极的适配体传感方法相比，Rivnay及其团队能够将细胞因子的信号放大三到四个数量级。这项技术在检测细胞因子信号的实验中表现良好，但Rivnay表示，它应该还能放大其他所有分子或化学物质的信号，包括抗体、激素或药物。
Rivnay评价称：“该方案的适用范围很广，没有特定的用例限制。我们的愿景是将这种概念应用到植入式生物传感器或可穿戴设备中，从而使它们既能感知问题又能做出响应。”
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