新型生物传感器增强了 DNA 检测特异性

Josiah

　　研究人员成功展示了一种新型生物传感器，它能够以高特异性检测单链 DNA 寡核苷酸，而无需外部标记。这一进步为更方便、更高效的即时诊断铺平了道路。这项研究发表在《工程》杂志上，题为“开发一种基于集成 CMUT 的谐振生物传感器，用于通过乙二醇烷硫醇提高选择性的无标记 DNA 检测。”
　　所讨论的生物传感器基于电容式微机械超声波换能器 (CMUT)，这种换能器有望用于开发小型化、高性能的生物传感平台。然而，之前的 CMUT 因功能化、聚合效率低下以及需要外部高压 (HV) 电源而面临限制。
　　研究团队通过将 CMOS 前端接口与乙二醇烷硫醇集成在一起来克服这些挑战，这些乙二醇烷硫醇用于对 CMUT 的表面进行功能化。这种方法显著提高了片上杂交的选择性，这一点已通过荧光成像技术得到证实。
　　采用五元件集总等效模型表征传感器阵列，并采用0.18μm高压双极型CMOS-双扩散MOS（BCD）工艺设计开发了4mm2专用集成电路（ ASIC）芯片，该芯片可在1.8V标准电源下产生片上20V高压升压和跟踪反馈频率，连续模式下总功耗仅为3.8mW。
　　研究结果显示，在 1 至 100 μmol∙L −1的浓度范围内，检测灵敏度为 7.943 × 10 −3 μmol∙L −1 ∙Hz −1。利用乙二醇烷硫醇在铝电极上成功沉积自组装单分子膜也是 CMUT 技术的首创，进一步提高了生物传感器的选择性。
　　这种无标记生物传感技术在干燥条件下运行，代表着医疗诊断微加工 CMUT 阵列领域的重大进步。凭借其紧凑的设计和内部高压供应器，这种创新的生物传感器有望使 DNA 检测比以往任何时候都更加方便和便捷。
　　这项研究意义重大，表明完全集成芯片 DNA 生物传感和 CMUT 技术具有巨大潜力。随着个性化医疗的竞争日趋激烈，此类进步对于实现快速准确的疾病诊断和监测至关重要。
　　生物传感器的无标记特性还降低了传统标记技术的成本和复杂性，使其成为即时诊断应用的一个有吸引力的选择。
　　这项研究的作者指出，还需要进一步研究生物传感器在更广泛的生物分子和更复杂的样品基质中的性能。不过，目前的发现为开发下一代生物传感器奠定了坚实的基础，这种传感器不仅灵敏度高、特异性强，而且使用方便、经济高效。
　　在这个早期检测是改善患者治疗效果的关键的时代，这项技术可能会改变现状。它很快就会在各种环境中得到应用，从医生办公室到远程医疗诊所，因为这些地方的精密诊断设备有限。
　　该频率为 2 MHz 的微型 CMUT 阵列在 CMOS 电子设备上的成功演示为未来生物传感器领域的发展奠定了基础。