德国和韩国研发石墨烯生物传感器用于血液检测

据麦姆斯咨询报道，德、韩两国科学家共同开发出一种“无标记”设计，将适配体电化学生物传感器性能提升到新的水平。适配体电化学生物传感器一向以高灵敏度和低检测限著称，如今辅以基于激光诱导石墨烯的“无标记”设计，为即时诊断应用铺平了道路。

该研究团队开发出了一款新型生物传感器，可以精确检测血液中微量的凝血酶。凝血酶是一种用来止血的酶，它在人体受伤时帮助血液保留在受损的血管中，在伤口愈合过程中起着至关重要的作用。但让生物学家们更感兴趣的是，在异常情况下凝血酶的浓度会升高，因此，通过检测血液中微小浓度的凝血酶，便可以监测和诊断血液疾病及恶性肿瘤。这一研究成果或将彻底改变血液疾病诊断技术。

激光诱导石墨烯叉指电极用于“无标记”适配体生物传感器图像

“生物传感器”通常用于生物标记物检测，由两部分组成：作用于靶分子的生物识别元件(受体)和将生物识别信息转换为可测量信号的传感器。

传统上常用抗体(一种具有检测和结合特定分子能力的蛋白质)来充当生物识别元件，但抗体的稳定性差且难以合成。“适配体”是一个更好的选择——它是一种基于核酸的分子，可以与特定的靶分子结合，相比抗体更加稳定。

适配体电化学生物传感器的高灵敏度和低检测限，使其成为检测微小浓度生物标记物(比如凝血酶)的理想工具。唯一的问题是，生物标记物一般很难被检测出，除非带有“标记”(如酶或荧光分子)。如何跳过这个“标记”，成了简化检测流程、优化检测成本的关键所在。

为解决这个难题，德国雷根斯堡大学和韩国中央大学的科学家们设计出了此新型适配体生物传感器，采用“激光诱导石墨烯(LIG)”这一高度多孔并可联锁成型的材料，形成叉指电极。

韩国中央大学副教授Lee Min-Ho是这项研究的主要科学家之一，他解释说：“LIG具备石墨烯的高导电性，加工工艺特别简单(只需一台二氧化碳激光打印机即可)，且它的高孔隙率及其联锁设计进一步提高了传感器的灵敏度。”

LIG生物传感器采用“电容式”传感原理，传感器与靶分子直接结合。这支研究小组在其更早期的论文中说到，科学家们根据电化学阻抗谱的研究，发现LIG电极在低频下的性能表现卓越。

该研究小组的最新论文中说道，他们利用LIG的这一特性优化了生物传感器，并记录了缓冲液和血清样品中不同浓度的凝血酶在0.5Hz(或半周/秒)频率下的响应情况。他们还测量了传感器的灵敏度和检测限，可通过脂质体和聚合物纳米粒子等“标记”与电极尺寸的函数推算得知。

研究小组发现，LIG生物传感器可以可靠地检测5个数量级以上的凝血酶浓度变化，检测下限极低，且无论电极尺寸如何变化，检测性能几乎不变。

同时他们还发现，无标记检测和纳米颗粒标记结合工作，其效果更佳，会有极小幅度的灵敏度提高或检测限下降。科学家们将这一发现归功于电极的高孔隙率。电极的高孔隙率决定了传感器的电容性响应。

此外，LIG生物传感器具有良好的重现性、重复性和长期稳定性(7周内)，也就是良好的鲁棒性。

这项研究成果令人鼓舞。科学家们对LIG适配体生物传感器在凝血酶检测和其他常用生物标志物领域中的应用前景感到非常兴奋。Lee博士乐观地预言：“LIG生物传感器便于生产和调整、在无标记形式下性能依然表现优越，这些都表明，在不久的将来LIG生物传感器将被应用在即时诊断。适配体和新型石墨烯电极的结合、电化学免疫分析技术的商业化，将会在未来5~10年内成为可能。”