韩国通过模拟人体细胞膜特性以提高生物传感器灵敏度

近日，韩国科学技术研究院(Researchers at the Korea Institute of Science and Technology，简称：KIST)的一支研究团队成功开发了一种生物传感器源技术，该项技术通过使用电信号提高场效应晶体管(FET)的灵敏度来提高生物传感器的灵敏度。

据KIST介绍，尽管基于FET的分子检测技术可检测病毒、蛋白质和DNA等各种分子，但随着探测器溶液中离子和电荷浓度的增加，可检测的分子区域变薄，因此该技术很难实现商业化。

研究人员试图通过各种方法来提升分子检测能力，例如将血液等测试溶液稀释100,000多倍。然而，到目前为止，还没有任何明显效果。为了解决这个问题，KIST研究团队研究并借鉴了人体细胞膜的特性。

“人体细胞膜不仅可调节细胞内外离子的浓度，还能抑制高浓度离子侵入细胞。”该KIST研究人员表示，“所以，我们注意到了人体细胞膜的此类特性，并将其应用于提高生物传感器灵敏度。”

该研究团队将细胞膜的特性应用于现有的基于FET分子检测的芯片表面，经过反复实验，证实了即使在不需要额外预处理的高浓度离子溶液中，仍可进行分子检测。

这项被称为“Lipid-FET”的新技术检测待检分子，比现有传感器更灵敏，且无需对待测试溶液进行处理——不用像过去那样将其稀释100,000多倍。KIST研究人员表示：“该技术在迄今为止全球报道的基于FET的分子检测技术中表现出最佳性能。”

这项研究成果更值得关注的点是，该技术是一种可以诊断痴呆蛋白等多种疾病的平台技术，适用于医疗、保健、环境等领域的生物传感器。

该项研究工作由KIST脑科学研究中心(Brain Science Research Center)的Yoo Yong-sang博士和传感器系统研究中心(Sensor System Research Center)的Kim Chul-ki博士领导完成。高丽大学化学工程与生物技术系(Department of Chemical Engineering and Biotechnology)的Ahn Dong-joon教授也参与其中。

Yoo博士说道：“各领域的研究人员通过融合研究，开发出的细胞膜-FET分子检测技术，可以帮助研究人员直接应用于利用电流信号检测分子的任何系统。”

Kim博士还表示：“我们正在研究将该技术应用于多种研究领域，不仅可以更快速、更准确地诊断痴呆症、帕金森症和糖尿病等因细胞膜吸附导致蛋白质变性的疾病，并可检测包括新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在内的少部分传染性病毒。”

该项研究成果发表在《自然-通讯》(Nature Communications)期刊上。