一个国际研究团队开发了一种手持式非侵入性设备，可以检测阿尔茨海默病和帕金森病的生物标志物。生物传感器还可以将结果无线传输到笔记本电脑或智能手机。
该团队在患者的体外样本上测试了该设备。测试表明该设备与最先进的测试方法一样准确。最终，研究人员计划用生物传感器测试唾液和尿液样本。该设备还可以进行修改，以检测其他情况的生物标志物。
研究人员在2023年11月13日出版的《the Proceedings of the National Academy of Science》上发表了他们的发现。
该设备依赖于电检测而不是化学检测，研究人员表示这种检测更容易实现且更准确。
工程和论文的通讯作者之一、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯学院生物工程、机械工程和材料科学教授拉特内什·拉尔 (Ratnesh Lal) 表示：“这种便携式诊断系统将允许在家庭和护理点（例如诊所和疗养院）对全球神经退行性疾病进行测试。”
到2060年，大约1400万美国人将患有阿尔茨海默病。其他神经退行性疾病，例如帕金森病，也在增加。目前最先进的阿尔茨海默氏症和帕金森氏症测试方法需要脊椎穿刺和成像测试，包括 MRI。因此，由于患者对侵入性手术犹豫不决，因此很难及早发现这种疾病。对于已经出现症状且行动困难的患者以及无法及早前往当地医院或医疗机构的患者来说，检测也很困难。
拉尔关注的该领域流行的假设之一是，阿尔茨海默病是由可溶性淀粉样肽引起的，这些肽以较大的分子聚集在一起，进而在大脑中形成离子通道。
Lal希望开发一种测试，能够非侵入性地（特别是从唾液和尿液中）检测淀粉样蛋白β和tau肽（阿尔茨海默病的生物标志物）和α突触核蛋白（帕金森病的生物标志物）。他希望依靠电气检测而不是化学检测，因为他认为电气检测更容易实施且更准确。他还想制造一种设备，可以将测试结果无线传输给患者的家人和医生。该设备是他三十年专业知识以及他与全球研究人员合作的成果，其中包括来自德克萨斯州和中国的这项工作的合著者。
“我正在努力改善生活质量并拯救生命，”他说。
为了实现 Lal 的愿景，他和同事采用了他们在新冠肺炎大流行期间开发的设备来检测活 SARS-CoV-2 病毒中的刺突蛋白和核蛋白，他们于 2022 年在《the Proceedings of the National Academy of Science》上对此进行了描述。这一突破是通过芯片小型化和生物传感器制造的大规模自动化实现的。
生物工程高级工程师阿曼多·拉米尔 (Armando Ramil) 持有生物传感器。
照片：David Bailott/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院照片库
该设备是如何制造的以及它是如何工作的
2023年PNAS研究中描述的设备由带有高灵敏度晶体管（通常称为场效应晶体管 (FET)）的芯片组成。在这种情况下，每个晶体管由单原子厚的石墨烯层（GFET，G代表石墨烯）和三个电极（源极和漏极）组成，连接到电池的正极和负极，以流动电流，以及控制电流量的栅电极。
连接到栅电极的是一条DNA单链，它充当特异性结合β淀粉样蛋白、tau蛋白或突触核蛋白的探针。这些淀粉样蛋白与其特定的DNA链探针（称为适体）结合，改变源极和漏极之间的电流量。该电流或电压的变化是用于检测特定生物标志物的信号，例如淀粉样蛋白或COVID 19蛋白。
研究小组用来自阿尔茨海默氏症和帕金森氏症已故患者的脑源性淀粉样蛋白测试了该设备。实验表明，生物传感器能够以极高的精度检测两种情况下的特定生物标志物，与现有的最先进方法相当。该设备还可以在极低的浓度下工作，这意味着它需要少量的样品——低至几微升。
此外，测试表明，即使分析的样品含有其他蛋白质，该设备也能表现良好。Tau蛋白更难检测。但由于该设备查看三种不同的生物标志物，因此它可以将所有三种生物标志物的结果结合起来，得出可靠的总体结果。
该技术已从加州大学圣地亚哥分校授权给生物技术初创公司Ampera Life。拉尔是该公司的董事长，但他的研究并未获得该公司的财政支持。
接下来的步骤包括用该设备测试血浆和脑脊液，最后是唾液和尿液样本。测试将在医院和疗养院进行。如果这些测试顺利，Ampera Life计划申请FDA批准该设备，希望在未来五六个月内完成。最终目标是在一年内将该设备推向市场。
该研究的资金来自美国国立卫生研究院、加州大学圣地亚哥分校和中国科学院。此外，研究人员还使用了美国国家科学基金会资助的加州大学圣地亚哥分校材料研究科学与工程中心的设施。
追求退行性脑部疾病诊断：通过附着 DNA 适体的便携式石墨烯生物传感器检测痴呆生物标志物
- 加州大学圣地亚哥分校：Tyler A. Bodily、Anirudh Ramanathan、Abhijith Karkisaval、Armando Rami、Prachi Heda。M. Leite, Ratnesh Lal
- 上海微系统信息技术研究所 魏沙宏, 王毅, 李铁, 赵建龙
- 中国科学院大学 魏沙洪
- 德克萨斯大学医学分部，德克萨斯州加尔维斯顿 Nemil Bhatt、Cynthia Jerez、Md Anzarul Haque
- 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Sanjeev Kumar
该生物传感器由一个带有高灵敏度晶体管的芯片组成，该芯片由单原子厚的石墨烯层和三个电极（源极和漏极）组成，连接到电池的正极和负极，以流动电流，以及栅电极控制电流的大小。PNAS论文：In pursuit of degenerative brain disease diagnosis: Dementia biomarkers detected by DNA aptamer-attached portable graphene biosensor
生物传感器中硅井的特写，底部是基于石墨烯的晶体管。
本文来自the University of California，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
