用于實時檢測血小板生長因子的自供電生物傳感系統(tǒng)

血小板生長因子-BB（PDGF-BB）是一種用于識別腫瘤并且刺激癌細胞分裂和增殖的重要蛋白質生物標志物，因此，開發(fā)一種易于讀出的具有自供電能力的快速、超靈敏、高效、實時檢測PDGF-BB的生物傳感器具有重要意義。電容器是一種重要的電化學儲能裝置，它可以存儲由酶生物燃料電池（EBFCs）產生的電壓和電流。因此，它作為一種綠色儲能裝置，是設計一種基于EBFC的自供電生物傳感器以提高其靈敏度的有效方法。

近期，湖南大學蔡仁教授課題組報道了一種多元信號放大的生物傳感系統(tǒng)，用于實時監(jiān)測PDGF-BB，相關成果以“A self-powered biosensing system withmultivariate signal amplification for real-time amplified detection of PDGF-BB”為題發(fā)表在國際化學權威雜志Analytical Chemistry上。

自供電生物傳感系統(tǒng)的電路圖

具體而言，研究人員設計了一種具有多元信號放大功能的自供電生物傳感系統(tǒng)，用于超靈敏、高效、快速響應、實時檢測PDGF-BB。該生物傳感系統(tǒng)由EBFCs、電容器、數(shù)字萬用表（DMM）和計算機組成。利用雜交鏈反應（HCR），將少數(shù)單DNA鏈轉化為豐富的雙螺旋鏈，通過靜電相互作用刺激[Ru(NH?)?]3?還原為[Ru(NH?)?]2?，對應于HCR的“打開”狀態(tài)。因此，在這種自供電的生物傳感系統(tǒng)中，開路電壓（EOCV）顯著增加。當PDGF-BB存在時，靶標與適配體之間的結合相互作用，即PDGF-BB/Apt，對應于HCR的“關閉”狀態(tài)，導致EOCV的降低。PDGF-BB的濃度與EOCV成反比，允許可讀、有效和精確的實時檢測PDGF-BB。該生物傳感系統(tǒng)的檢出限為0.031 pg/mL（S/N = 3）。

基于計算機實時監(jiān)測傳感系統(tǒng)的瞬時電流

綜上所述，該研究設計了一種具有多元信號放大功能的自供電生物傳感系統(tǒng)，可用于超靈敏、高效、快速、實時地檢測PDGF-BB。該系統(tǒng)集成了具有高電源的EBFC、具有高儲能的電容和具有可讀和實時監(jiān)控功能的計算機。此外，可讀自供電生物傳感系統(tǒng)的瞬時電流信號（即114.87 μA）比單個EBFC高10.2倍（即11.25 μA），表明電容器存儲來自EBFC的電子，增加了自供電生物傳感系統(tǒng)對PDGF-BB的靈敏度。值得注意的是，PDGF-BB的分析結果很容易被計算機讀取。因此，該策略為低豐度腫瘤生物標志物提供了準確、高靈敏度的分析，并引入了一種可讀、實時檢測疾病生物標志物的新方法。該項研究工作得到了國家自然科學基金項目（22004032），湖南省自然科學基金項目（2021JJ20020）的支持。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03662