基于硅纳米线的蛋白质传感器：大幅加速药物开发，降低生产成本
2025-06-17 22:11:51 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
从麻省理工学院独立出来的创新厂商ASG开发了一项创新的蛋白质传感技术并将其商业化，有望大幅降低蛋白质传感相关的检测时间和成本。
从麻省理工学院（MIT）独立出来的创新厂商Advanced Silicon Group开发了一种基于硅纳米线的蛋白质传感器，可用于生物制造领域的研究和质量控制。
在生物技术和制药行业，ELISA检测可以在药物开发和生产过程中提供关键的质量控制。该检测可以精确量化蛋白质水平，不过，这类检测也需要训练有素的技术人员和专业设备，经过数小时提供结果。这使其成本过高，推高了药物研发成本，也使许多条件有限的用户无法进行研究检测。
据麦姆斯咨询报道，由麻省理工学院校友Marcie Black和Bill Rever创办的Advanced Silicon Group（ASG）正在将一项创新的蛋白质传感技术商业化，有望大幅降低蛋白质传感相关的时间和成本。ASG的专利技术将硅纳米线和能够与不同蛋白质结合的抗体相结合，实现对特定溶液中蛋白质浓度的高灵敏测量。
并且，ASG开发的传感器可以同时测量多种蛋白质及其它分子的浓度，通常在15分钟内就能得到结果。用户只需将少量溶液放在传感器上，冲洗传感器，然后将其插入ASG开发的手持检测系统就能完成检测。
Black介绍说：“我们的技术可以使蛋白质检测的速度加快15倍，成本也降低15倍。除了应用于药物开发，它还可以使药物的制造速度大大加快，成本效益更高，有望变革全球制造药物的传统方式。”
ASG的传感器问世以来，团队收到了来自多个行业的大量咨询，他们希望利用这种传感器开发新的治疗方法，帮助精英运动员进行训练，了解土壤中营养物质的浓度，以及许多其他应用。
不过，这家初创公司目前正专注于向开发及生产药物的公司出售其低成本传感器，从而降低医疗保健领域的障碍。
ASG团队成员Marissa Gillis解释说：“目前，资金是研发新药的一个重要限制因素。让这些过程变得更快、成本更低，可以大幅增加生物检测的规模和数量。它还能有效推动针对市场规模较小的罕见病的药物开发。”
在Black的毕业论文中，她研究了硅纳米线的光学特性，这成为ASG公司后来采用的纳米结构和光电子技术的开端。
硅纳米线
硅纳米线已被证明是生物标志物的高灵敏度检测器。然而，传统的制造方法成本高昂，而且通常只能制造出仅有几根硅纳米线的器件。ASG的创新方法能够以极低的成本生产出拥有数百万硅纳米线的器件，从而实现高灵敏度检测，并能在单个芯片上同时检测多种生物标志物。
ASG采用一种名为金属辅助化学蚀刻（MACE）的工艺在硅晶圆表面制造纳米线结构
ASG的生物传感器表面纳米线的扫描电镜图像
ASG的生物传感器样品
硅纳米线具有很高的表面积与体积比，因此对周围环境非常敏感。这使得浓度稀释的测量成为可能，能够进行pico-gram/ml量级的检测。ASG的设计实现了低成本处理，有望大幅降低医学和生命科学领域检测溶液中蛋白质及其它生物分子的成本。
毕业后，Black去了洛斯阿拉莫斯国家实验室工作，之后创办了Bandgap Engineering，开发高效、低成本的纳米结构太阳能电池。这项技术随后被其它公司商业化，并引发了专利纠纷。2015年，Black创立了ASG公司，将类似技术应用于蛋白质传感。
ASG的传感器结合了已知的使硅对生物分子敏感的方法，利用硅纳米线的光电特性对蛋白质进行电检测。
Black说：“它本质上类似于太阳能电池，我们采用对某种蛋白质具有特异性的抗体对其进行了功能化处理。当蛋白质靠近时，它会带上电荷，从而排斥硅内部的光载体，这就改变了电子和空穴的重组能力。通过检测暴露在溶液中时的光电流，就可以知道其表面结合了多少蛋白质，从而获得蛋白质的浓度。”
ASG的生物传感器工作原理
ASG公司成立后不久就被MIT.nano的START.nano初创公司加速器和麻省理工大学企业关系办公室的初创企业交流计划接纳，这使Black的团队有机会使用麻省理工大学的尖端设备，并与潜在的投资者和合作伙伴建立联系。
Black还得到了麻省理工大学风险投资指导的广泛支持，并与麻省理工大学微系统技术实验室（MTL）的研究人员合作。
生物传感的影响
Black在与制药业人士的广泛讨论中了解到，他们需要一种更经济实惠的蛋白质检测工具。在药物开发和生产过程中，必须对蛋白质水平进行测量以发现问题，例如宿主细胞蛋白质污染等，即使含量很低也会对病人造成致命伤害。
“开发一种新药的成本可能超过10亿美元。”Black说，“这个过程的一个重要部分就是生物处理，而生物处理的50%到80%都用于纯化不需要的蛋白质。这一挑战导致药物成本更高，上市时间更长。”
为此，ASG与药物研发人员合作开发了肺癌和休眠肺结核相关生物标志物的检测方法，并获得了美国国家科学基金会、美国国家标准与技术研究院和马萨诸塞州政府的多项资助，其中包括开发宿主细胞蛋白质检测方法的资助。
今年，ASG宣布与Axogen公司合作，帮助这家再生神经修复公司生长神经组织。
Black说：“我们的传感器在再生医学领域的应用获得了极高的关注。此外，它们的另一个重要用例在于医疗条件有限的地区，例如农村或偏远地区的患者，附近没有医生，利用这种检测工具可以同时检测流感、Covid-19、食物中毒、怀孕及其它10余种疾病。15分钟内就能出结果，然后通过电话会议对接医生。”
目前，ASG在其合作伙伴的晶圆代工厂8英寸产线上，每片晶圆可以生产约2000颗传感器芯片。随着公司生产规模的不断扩大，Black希望这些生物传感器能降低从药物开发商到患者之间每个环节的成本。
“我们希望降低检测门槛，让每个人都能获得良好的医疗保健。”Black说，“除此之外，蛋白质传感还有很多其他应用。在生物学、农业和诊断学领域，蛋白质传感器都是切入点。我们很高兴能与这些行业的领导者合作。”
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