埃因霍温理工大学 学分:埃因霍温理工大学 生物传感器为生物医学、环境和工业应用测量生物样品中的分子浓度，理想情况下，它们应该提供实时、连续的数据
然而，连续监测低浓度的小分子是有问题的
埃因霍温理工大学的研究人员开发了一种基于分子相似物的创新传感方法
这可能被证明是未来监测健康和疾病的生物传感器的关键
生物传感器领域有着丰富的发明历史
许多人认为“生物传感器之父”是利兰·C
小克拉克
，他在20世纪60年代早期设计了一种传感器来测量血液中的氧气
然而，正如在先锋作品中发生的那样，事情并没有像他希望的那样开始
他最初的传感器设计失败了，因为血液成分影响了传感电极
克拉克的解决方案是用玻璃纸把电极和血液从烟盒中分离出来，这被证明是可靠测量血液中氧气的解决方案
实验室中创新和创新的最好例子！ 快进到2020年，东大生物医学工程和应用物理学系的研究人员在感兴趣的低质量分子方面展示了类似的创造性
在发表于美国化学学会传感器的一篇论文中，严，门诺普林斯和他的同事展示了一种新的方法，这种方法可以基于粒子移动性的生物传感来连续测量生物样品中感兴趣的低质量分子的浓度
“我们的方法为未来的生物传感器提供了一个平台，可以持续监测与肾脏或肝脏衰竭等个人健康状况相关的标志物，”闫说
生物传感器101 现有的生物传感器通常从单个生物样本给出单个测量结果
样本可以是血液、汗液、尿液或唾液，结果可以是样本中蛋白质、激素、药物或病毒的水平
然而，如果传感器能提供连续的数据流，而不是一个单一的数据点，那就更好了，因为这样可以让个人监控医疗状况如何随时间发展
目前市场上唯一可买到的连续生物传感器是连续葡萄糖监测器(CGM)，它可以连续测量皮肤组织液中的葡萄糖，这对糖尿病患者非常有用
不幸的是，葡萄糖以外的分子还不能连续测量
这为传感器创新带来了重大机遇！ 每个生物传感器都由三个主要部分组成:一个分子组件，它包含一个可以与目标分子结合的生物受体；一个将分子识别转换为可检测信号的转换原理；一个检测系统，它记录信号并将答案以数字、图形、声音或光指示的形式呈现出来，以便于用户理解
普林斯说:“在这项工作中，我们把重点放在第一部分——设计一种分子原理，以低分子质量和低浓度连续测量感兴趣的分子。”
分子相似物 由严、普林斯和他的团队设计的传感器采用了感兴趣分子的类似分子或假版本
那么这些相似的分子是如何帮助检测真正的分子的呢？门诺·普林斯解释说:“传感器的表面涂有抗体，可以与感兴趣的分子结合
当测试流体中没有分子时，相似分子可以自由地与抗体结合
然而，当流体中存在感兴趣的分子时，这些分子可以结合到抗体上
结果，这些相似物从与抗体的结合中释放出来
" 相似分子不像测试流体中的感兴趣分子那样在传感器周围自由移动
这些相似的分子附着在微粒上，微粒用脱氧核糖核酸固定在传感器的表面，这样就可以检测到结合状态和非结合状态之间的转换
绑定是关键 感应平台的操作相当简单，不得不说非常出色
所有的分子结合事件都是可逆的
这包括抗体和相似物之间的结合，以及抗体和溶液中目标分子之间的结合
发生了涉及流体中的相似分子或感兴趣分子的重复结合和解结合事件，并且这些事件可以通过记录微粒的状态使用光学显微镜来容易地测量
当溶液中感兴趣的分子浓度很高时，传感器表面上的大多数抗体就会被阻挡
这降低了微粒转变成结合状态的可能性
另一方面，当浓度较低时，由于分子相似物的可逆结合，在结合和未结合状态之间发生许多转换
“检测由特定分子相互作用引起的大量粒子的结合和非结合事件是这项技术的关键，使我们能够测量流体中分子浓度的微小变化，”阎说
通过测试和后续步骤 为了测试他们的新方法，作者设计了传感器来监测短单链DNA片段和肌酐的浓度
浓度监测持续数小时，时间分辨率为几分钟
肌酐是一种代谢物分子，只有113道尔顿的小质量，是肾功能的标志
该标记可以在10微米和10毫米之间的医学相关范围内测量
单链脱氧核糖核酸可以在10纳米和1微米之间测量
“这些结果非常有希望，证明小分子可以在很宽的浓度范围内连续监测
普林斯说:“我们的下一个目标是展示适用于各种分子和生物液体的技术，为未来在医疗保健、工业过程和环境监测中的应用创造条件。”
这种创新的传感方法可以很好地解决低分子质量生物标志物的检测问题，满足我们未来生物传感器的需求
虽然这种方法比在电极上使用玻璃纸包装稍微复杂一点，但很有可能已故的利兰C
小克拉克
会印象深刻
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