SFU纳米器件制造小组的研究人员正在开发一种新的生物传感器，可用于筛查阿尔茨海默病和其他疾病。他们的工作概述最近发表在《自然通讯》杂志上。

他们的传感器通过检测特定类型的小蛋白质来工作，在这种情况下，一种称为肿瘤坏死因子α(TNF α)的细胞因子，它与体内炎症有关。异常的细胞因子水平与多种疾病有关，包括阿尔茨海默病、癌症、心脏病、自身免疫和心血管疾病。

TNF α可以作为生物标志物，一种指示健康状况的可测量特征。

还会引起称为“细胞因子风暴”的炎症反应，研究表明，细胞因子抑制剂是提高生存机会的有效治疗方法。

“我们的目标是开发一种比现有方法侵入性更小，更便宜，更易于使用的传感器，”该项目的共同负责人工程科学助理教授Michael Adachi说。

“这些传感器也很小，有可能放置在医生办公室，以帮助诊断不同的疾病，包括阿尔茨海默病。

Adachi说，有许多成熟的方法来检测生物标志物蛋白，如酶联免疫吸附测定(ELISA)和质谱法，但它们有几个缺点。这些现有方法价格昂贵，需要将样品送到实验室进行测试，可能需要一天或更长时间才能收到结果。

他指出，他们的生物传感器非常灵敏，可以检测非常低浓度(10 fM)的TNF α - 远低于健康血液样本中通常发现的浓度(200-300 fM)。

目前对阿尔茨海默病的筛查测试包括一份问卷，以确定该人是否有症状，脑成像或脊椎穿刺过程，该过程涉及测试潜在患者脑脊液中的生物标志物蛋白。

该团队已经完成了概念验证阶段，证明双电极二极管传感器在实验室环境中检测TNF α是有效的。他们计划在临床试验中测试生物传感器，以确保它能够有效地检测含有许多不同干扰蛋白和其他物质的血液样本中的生物标志物蛋白。

“我们将继续测试该设备使用体液(如血液样本)检测相同蛋白质的能力，”工程科学博士生Hamidreza Ghanbari说。“另一个目标是使用相同的设备但不同的受体来检测对阿尔茨海默病更具特异性的蛋白质。

研究人员还向SFU的技术许可办公室(TLO)提交了临时专利申请。该项目采用跨学科方法，结合了工程科学学院的足立教授和物理系的Karen Kavanagh教授以及生物医学生理学和运动机能学(BPK)的Miriam Rosin教授的领导。

“我们需要确保每个传感器的制造与我们试图预测或检测的浓度所需的公差完全相同，这才是真正的挑战，”Kavanagh说。

工作原理

Kavanagh说，他们的传感器取决于一种半导体的特性，这种半导体正在研究其二维(2D)特性，二硫化钼(MoS)。2).与常见的半导体相比，这种化合物具有不同的性质，硅或砷化镓(GaAs)，后者使用更广泛，也很好理解。

thushani De Silva是工程科学硕士的毕业生，他参与了该项目，并强调该设备基于电气测量。

“基本上，我们在传感区域有一个半导体，当目标蛋白质与传感器相互作用时，它会改变电信号输出，”她解释说。“通过测量这种变化，我们可以测量体液中存在的蛋白质浓度。

该团队使用了一种称为二维材料的纳米材料，这种材料在原子上可能是薄的，并用作传感层。称为适配体的DNA序列应用于这些2D材料之上。

一旦将生物标志物蛋白引入传感器表面，它就会引起电特性的微小变化。通过观察传感层的电输出，他们可以确定这些生物标志物蛋白在简单溶液中的浓度。