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豐橋工業大學電氣電子信息工程系的Kazuhiro Takahashi 教授和Yong-Joon Choi助理教授開發了一種晶片，可以感知每四分之一摩爾質量的抗原。該晶片是利用半導體微加工技術製作的。將來自疾病的、存在於血液和唾液中的抗原粘附在可靈活變形的納米片表面，將粘附的抗原之間相互作用時產生的力轉化為納米片的變形信息，從而成功檢測出特定的抗原。這款傳感器晶片是利用以毫米級加工的半導體技術創造的，作為物聯網生物傳感器，可在家中進行抗原和抗體檢測，有望為遠程醫療做出貢獻。
該測量裝置只需使用極少量的血液、尿液、唾液或其他體液就能簡單快速地檢測出疾病，將成為準確診斷疾病、驗證治療效果、檢查復發和轉移的重要工具。目前正在研究通過檢測這些液體中含有的DNA、RNA和蛋白質來測定治療結果和病理反應的生物傳感器。這項技術最近引起了全球各地的興趣，抗原和抗體檢測被廣泛用於檢測和確定是否存在新型冠狀病毒感染。此外，在COVID-19患者中，有報告顯示，與症狀輕微的患者相比，症狀嚴重的患者血液中含有的多種蛋白濃度存在差異。通過對此類標誌物的檢測，該技術有望用於預測疾病嚴重程度。
目前的檢測設備沒有數位化，需要使用標記劑對顏色變化進行視覺確認。研究團隊開發的微型傳感器晶片，利用半導體微加工技術製造的可靈活變形的納米片檢查疾病。首先，將捕獲目標抗原的抗體固定在納米片上，測量抗原之間的電斥力引起的薄膜變形。為了提高靈敏度，使抗原附著的膜變得又薄又軟，採用了比半導體矽軟兩倍的有機納米片。預計這將使傳感器的靈敏度提高到傳統矽基傳感器的兩倍。此外，利用智慧型手機攝像頭檢測納米片變形的信號檢測技術也在繼續開發中。
這種傳感器是針對生物分子粘附性的敏感變化而設計的，為了捕捉抗原，必須提前將抗體固定在納米片上，而薄膜降解的相關問題會使這一過程變得困難。研究團隊對抗體附著在納米膜上的密度進行了優化，厚度可調節，創造了一種只檢測抗原的生物傳感器，靈敏度特別高。此外，由於可以實時檢測粘附的分子對納米片造成的變形，該技術有望實現對疾病衍生分子的快速檢測。本項目開發的生物傳感器被用於檢測血液中白蛋白的實驗中。實驗成功地檢測到了一毫升血液中含有的一飛克抗原。該裝置的最低檢測限幾乎等同於使用標記劑的大規模檢測裝置，有望實現可攜式的超靈敏檢測。
今後，研究小組計劃利用半導體傳感器進行試驗，檢測COVID-19感染嚴重症狀的標誌物。除了血液檢測外，還在開發檢測氣味和化學物質的化學傳感器。我們相信，通過將新型、小型傳感器設備變為現實，我們可以為基於物聯網的社會做出貢獻。取代我們納米片表面的探針分子，該技術可用於檢測病毒，同時也可檢測各種生物標誌物。通過讓這些生物傳感器在社會上普及，我們的目標是為遠程醫療做出貢獻，讓醫生的診斷可以在家裡進行。
論文標題為《Label-free attomolar protein detection using a MEMS optical interferometric surface-stress immunosensor with a freestanding PMMA/parylene-C nanosheet》。