塑料晶体管放大生化传感信号

我们体内的分子处于不断的交流状态。其中一些分子提供了生化指纹，可以指示伤口如何愈合，癌症治疗是否有效或病毒是否已侵入人体。如果我们能够以高灵敏度实时感知这些信号，那么我们可能能够更快地识别健康问题，甚至可以监测疾病的进展。

现在，西北大学的研究人员开发了一种新技术，可以更容易地窃听我们身体的内心对话。

虽然身体的化学信号非常微弱 - 使它们难以检测和分析 - 研究人员开发了一种新方法，可以将信号提高1倍以上。晶体管是电子产品的组成部分，可以增强微弱信号以提供放大输出。新方法使信号更容易检测，而无需复杂和笨重的电子设备。

通过放大微弱的生化信号，新方法使现代医学更接近实时、现场诊断和疾病监测。

这项研究于周六发表在《自然通讯》杂志上。

“如果我们能够可靠地测量体内的生化信号，我们可以将这些传感器整合到可穿戴技术或植入物中，这些技术或植入物占地面积小，负担更轻，不需要昂贵的电子设备，”西北大学的Jonathan Rivnay说。“但提取高质量信号仍然是一个挑战。由于体内的力量和空间有限，你需要找到放大这些信号的方法。

Rivnay是西北大学麦考密克工程学院的生物医学工程教授。Rivnay实验室的博士后研究员Xudong Ji是该论文的第一作者。

虽然它们传达了具有指导诊断和治疗潜力的重要信息，但许多化学传感器会产生微弱的信号。事实上，如果不取出样本(血液、汗液、唾液)并通过高科技实验室设备运行，医疗保健专业人员通常无法破译这些信号。通常，这种设备很昂贵，甚至可能位于场外。结果可能需要很长时间才能恢复。

然而，Rivnay的团队的目标是在不离开身体的情况下感知和放大这些隐藏的信号。

其他研究人员已经探索了使用适配体进行生物传感的电化学传感器，适配体是单链DNA工程，可与特定靶标结合。在成功结合到感兴趣的靶标后，适配子就像一个电子开关，折叠成触发电化学信号的新结构。但是，仅使用核酸适配体时，如果不在理想且控制良好的条件下进行测试，信号通常很弱，并且极易受到噪声和失真的影响。

为了绕过这个问题，Rivnay的团队在传统的基于电极的传感器上配备了放大组件，并开发了一种基于电化学晶体管的传感器，该传感器具有新的架构，可以感知和放大微弱的生化信号。在这种新器件中，电极用于检测信号，但附近的晶体管专用于放大信号。研究人员还集成了一个内置的薄膜参比电极，使放大的信号更加稳定可靠。

“我们将用于局部放大的晶体管功率与您从成熟的电化学方法中获得的参考相结合，”Ji说。“这是两全其美的，因为我们能够稳定地测量适配体结合并在现场扩增它。

为了验证这项新技术，Rivnay的团队转向了一种常见的细胞因子，一种信号蛋白，它调节免疫反应，并与组织修复和再生有关。通过测量伤口附近某些细胞因子的浓度，研究人员可以评估伤口愈合的速度，是否有新的感染或是否需要其他医疗干预。

在一系列实验中，与传统的基于电极的适配体传感方法相比，Rivnay和他的团队能够将细胞因子的信号放大三到四个数量级。尽管该技术在检测细胞因子信号传导的实验中表现良好，但Rivnay表示，它应该能够放大来自任何分子或化学物质的信号，包括抗体，激素或药物，其中检测方案使用电化学报告基因。

“这种方法广泛适用，没有特定的用例，”Rivnay说。“我们的愿景是将我们的概念实施到植入式生物传感器或可穿戴设备中，这些设备既可以感知问题，又可以做出反应。

该研究的标题为“有机电化学晶体管作为基于电化学适配体的传感的现场信号放大器”。