納米科學：能夠測量生物分子的電荷和質量的新型傳感器！
實驗設置用於基於電荷的變化檢測生物分子。傳感器結合在電路中，生物分子位於傳感器頂部的電解質填充的塑料井中。
OIST的研究人員創造了一種新型傳感器，能夠測量生物分子的電荷和質量，並可用於醫療診斷。
微流體平臺近年來已經徹底改變了醫療診斷。醫生不需要將血液或尿液樣本送到實驗室進行分析，而是可以在醫療點測試一滴患者的血液或尿液中的各種疾病，而無需使用昂貴的儀器。然而，在測試樣品之前，醫生需要將特定的疾病檢測生物分子插入微流體平臺。在這樣做時，必須確保這些生物分子與裝置內部良好結合，以防止它們被進入的樣品衝洗掉。由於該預備步驟可能是耗時的，因此如果微流體平臺可以預先製備密封在內部的特定生物分子將是有利的。然而，
為了回答這個問題，衝繩科學技術研究生院（OIST）的研究人員創造了一種新型傳感器，可以比以往更準確地檢測生物分子。該傳感器用於證明生物分子可以成功地密封在微流體裝置中。該結果對於醫療診斷和開闢生產預包裝微流體平臺血液或尿液測試裝置的機會具有深遠意義。
傳統上，金屬氧化物半導體（MOS）傳感器用於通過測量電荷的變化來檢測生物分子與表面的結合。這些傳感器由矽半導體層，玻璃絕緣體層和金金屬層組成，併入電路中，生物分子位於傳感器頂部的電解質填充的塑料井中。如果然後施加電壓並測量電流，則可以從給定的電容讀數中計算出電荷。具有不同電荷的生物分子將為您提供不同的電容讀數，使您能夠量化生物分子的存在。
微流體平臺裝置，其中疾病檢測生物分子可以結合用於即用型測試試劑盒，並不比圖釘大得多。
由OIST的微/生物/納米流體單元的研究人員創建的新型傳感器使用與傳統傳感器相同的技術測量電荷，但具有測量質量的附加功能。所謂的納米金屬 - 絕緣體半導體（nMIS）傳感器沒有固體金金屬層，而是有一層微小的金色金屬島。如果你對這些納米結構發光，那麼表面電子就會以特定的頻率開始振蕩。當生物分子添加到這些納米島時，這些振蕩的頻率與生物分子的質量成比例地變化。基於此變化，您可以使用此技術來測量生物分子的質量，並確認在微流體平臺內封裝期間是否能夠經受電離氣體的暴露。
「我們製作了一個簡單的傳感器，可以回答非常複雜的表面化學問題，」負責創建nMIS傳感器的Nikhil Bhalla博士說。
在同一設備上測量表面化學反應的兩個基本特性意味著研究人員可以更加自信地將生物分子成功封裝在微流體平臺中。單獨測量電荷或質量可能會產生誤導，使其看起來像生物分子已經綁定到表面，而實際上它們沒有。在同一設備中使用多種技術意味著您可以從一種模式切換到另一種模式，以查看是否具有相同的結果。
「科學家必須用多種技術驗證一種反應，以確認觀察是真實的。如果你有一個傳感器能夠在一個平臺上檢測到兩個參數，那麼它對感知社區來說真的是有益的，」博士說。巴拉
由OIST的Micro / Bio / Nanofluidics Unit的研究人員創建的nMIS傳感器。傳感器以常規方式檢測生物分子電荷，但另外，金納米島能夠檢測生物分子質量。
「通過將這兩種簡單的測量技術結合到一個緊湊的平臺中，它為未來創造便攜和可靠的傳感技術打開了大門」，博士生Shivani Sathish補充道。
在概念驗證實驗中，通過結合生物分子的質量和電荷信息，科學家們能夠證明一種常見的生物分子能夠在特定能量水平下暴露於電離氣體中。僅單次讀取電荷會產生誤導性結果，但同時查看互補參數可以更準確地檢測生物分子。
這種新穎的nMIS傳感器可用於創建測試各種疾病的微流體平臺。通過使用nMIS傳感器測量電荷和質量，研究人員可以確保疾病檢測生物分子在測試設備內成功密封並發揮功能。
「這就像預包裝懷孕測試一樣，」OIST的Micro / Bio / Nanofluidics部門負責人Amy Shen教授說。「如果已經吸附了某些物質，那麼你所要做的就是引入你正在使用的任何樣品，例如尿液或血液。」
也可以在同一裝置中組合幾種生物標誌物以同時測試不同的疾病。通過將這種雙重傳感技術與即用型設備相結合，由於其便攜性和即時檢測的優勢，它在醫療診斷領域提供了巨大的希望。