Rossendorf(HZDR)的LarysaBaraban博士领导的研究小组开发了智能、小型化生物传感器设备和系统，使用纳米材料来确定生物分子和细胞以及作为疾病标记的生化反应或过程。

一种快速且经济高效的病原体检测新方法

该团队目前在《生物传感器和生物电子学》上发表的出版物描述了一种便携式、手掌大小的测试系统的开发，该系统可以同时对一个样本进行多达32项分析。

检测体液中的病原体存在多种可能性和机制。Baraban在HZDR放射性药物癌症研究所研究的一种选择是使用电子领域的场效应晶体管(FET)进行检测。

工作原理很简单：规定的电流从A流向B。该电流可以通过闸门表面的电势进行调节，闸门的功能就像一个精确的连续阀门。

与疾病相关的生物分子结合到栅极表面，从而改变电位，从而改变电流。如果电流没有显着变化，则没有生物分子结合到传感器表面。另一方面，电流的变化意味着可以在传感器表面检测到与疾病相关的分子。

这些生物传感器可以设计用于专门检测不同的生物分子。不同的病原体会产生不同的电位，从而产生不同的电流。癌细胞产生的电流与流感病毒等不同。

开发可重复使用的晶体管

传统基于电子FET的生物传感器的主要缺点是测试表面不可重复使用，并且每次采样后必须丢弃整个晶体管。由于晶体管含有昂贵的半导体材料，因此该工艺既昂贵又对环境有害。

因此，巴拉班和她的生命科学纳米微系统部门更进一步，尝试不直接测量晶体管表面的电位变化，而是测量连接到晶体管栅极的单独电极上的电位变化。“这使我们有机会多次使用晶体管。我们将栅极分开，并将其称为‘扩展栅极’，即测试系统的扩展。”

但这还不是全部。该团队想得更远，并接受了另一个挑战。“我们当然希望这个系统能够同时进行多项分析。”研究人员成功开发出具有32个测试垫的扩展门。Baraban解释说：“这意味着可以在每个垫上同时测试样本中的不同病原体。”

科学家们首先使用白细胞介素6(IL-6)演示了其工作原理，白细胞介素6是一种负责免疫细胞之间通讯的分子。“无论是普通感冒还是癌症，IL-6的浓度都会发生变化。不同的疾病以及疾病的不同阶段会产生不同的临床表现。这就是为什么IL-6非常适合作为标记物。”

纳米颗粒可提高灵敏度

为了使该方法更加灵敏，巴拉班的团队还利用了纳米结构。纳米颗粒集中或定位电荷以放大电压信号。

“测试的灵敏度比我们在没有纳米粒子的情况下工作时要高得多。”由于现在市场上有现成的用于研究的纳米颗粒试剂盒，因此这种方法使用起来很简单。HZDR科学家目前正在研究金纳米颗粒。未来，他们还想研究其他纳米颗粒。

目前的研究结果是，已经创建了一个功能齐全、方便的测试系统，由一个晶体管和三十二个测试垫组成，可以在很短的时间内检测出不同的病原体。

例如，将来，所描述的测试系统可以用于监测癌症患者免疫治疗的进展。另一种可能性是在流感或COVID-19等病毒性疾病发作时预测其严重程度和病程。

与现有技术相比，新系统更具成本效益且速度更快。因此，巴拉班和她的团队现在希望引起商业部门的兴趣。