利用石墨烯传感器阵列快速诊断胰腺癌

来自英国、中国和西班牙的研究人员利用石墨烯传感器阵列在 45 分钟内从患者血浆中检测到胰腺癌 (PC) 特异性的外泌体。这项工作表明，Graphenea 的晶圆可扩展石墨烯场效应晶体管 (GFET) 阵列平台能够实现有意义的临床结果，并且 GFET 生物传感器平台为开发 PC 快速诊断的准确工具带来了巨大希望。

这项工作最近发表在《ACS Nano》杂志上，基于Graphenea Foundry生产的在 4” 和 6” 晶圆上的 GFET 阵列。Graphenea Foundry工艺可确保批次间的再现性和高质量的可靠性，器件良率 >95%。石墨烯装置通过针对目标外泌体的特异性抗体进行功能化，利用连接分子四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP），其一侧与石墨烯结合，另一侧与抗体结合。这些传感器用于检测 PC 患者血浆中丰富的 GPC-1 癌症外泌体。使用电读出系统进行检测，该系统在控制状态下以及 GPC-1 存在的情况下监测器件的电特性。已证实患有 PC 的个体的外泌体浓度比健康个体高一个数量级。还发现血浆中 GPC-1 的浓度取决于癌症的阶段，并随着癌症的进展而增加。在研究过程中，通过包括传感设备预选和链接器选择细化等新颖步骤对测量协议进行了微调。

该研究涉及 26 名健康且患有 PC 的患者。虽然两组之间的外泌体水平存在一些重叠，但癌症患者的 GFET 表面外泌体密度和 GFET 反应明显更高。通过蛋白质印迹分析和免疫金透射电子显微镜（IG-TEM），观察到GPC-1蛋白在PC外泌体上的表达比在健康外泌体上更强。这种更高的表达增强了结合亲和力，使 GPC-1 对癌症外泌体表现出更大的特异性，从而导致 GFET 生物传感器中的信号放大并提高检测的准确性。这项工作是迄今为止使用 GFET 进行临床检测的最令人印象深刻的演示。

由于其早期检测难以捉摸且存活率低，PC 带来了重大挑战。患者通常只有在晚期出现明显症状时才寻求医疗救助。然而，早期发现是提高生存率的关键。基于 GFET 的生物传感器在癌症的各个阶段都对 GPC-1 敏感，为早期检测 PC 提供了一条有希望的途径。使用 GFET 技术可以对胰腺癌进行一般筛查，而由于成本或缺乏护理点方法，这是其他现有方法无法实现的。

该测试需要使用一滴 20 μL 全血浆样本，可在 45 分钟内完成。更快的读出电子系统可以进一步减少检测时间。基于 GFET 的测试展示了利用癌症外泌体的独特特性和 GFET 的高灵敏度检测各个阶段的癌症的能力。

该测试由带有读入/读出电子设备的便携式平台辅助，简单且用户友好，无需专门培训即可执行。此外，GFET 芯片上包含的内部控制大大降低了误报率，进一步提高了检测的准确性。测试程序包括四个简单的步骤，包括两次空白测量、孵育和多次冲洗，无需熟练的操作员。此外，GFET 平台适应性强，允许在同一芯片上同时检测多个 PC 生物标记物。这种 GFET 技术可以重新配置以检测其他疾病生物标志物，从而可能彻底改变各种医疗环境中的诊断。

重要的是，GFET 芯片与 CMOS 兼容，可以大规模生产，从而显着降低成本并确保器件间的差异最小化并实现高良率。这种可扩展性和成本效益使 GFET 平台成为广泛且易于使用的癌症筛查和诊断目的的有前途的工具。