科学家开发早期阿尔茨海默病检测传感器

SFU纳米设备制造小组的研究人员正在开发一种新的生物传感器，可用于筛查阿尔茨海默病和其他疾病。他们工作的概述最近发表在杂志上自然通讯。

他们的传感器通过检测一种特殊类型的小蛋白质来工作，在这种情况下是一种被称为肿瘤坏死因子α (TNF α)的细胞因子，它与体内的炎症有关。细胞因子水平异常与包括阿尔茨海默病在内的多种疾病有关疾病癌症、心脏病、自身免疫性疾病和心血管疾病。

TNF α可作为一种生物标志物，是指示健康状况的可测量特征。

COVID-19还会引起被称为“细胞因子风暴”的炎症反应，研究表明，细胞因子抑制剂是一种有效的治疗方法有效的治疗提高生存几率。

该项目的联合负责人、工程科学助理教授Michael Adachi说:“我们的目标是开发一种比现有方法侵入性更小、成本更低、使用更简单的传感器。”

“这些传感器也很小，有可能被放在医生的办公室里，帮助诊断不同的疾病，包括阿尔茨海默病。”

Adachi说，有许多已经建立的检测生物标记蛋白的方法，如酶联蛋白免疫吸附试验(ELISA)和质谱分析，但它们有几个缺点。这些现有的方法都很昂贵，样品需要送到实验室进行测试，而且可能需要一天或更长时间才能收到结果。

他指出，他们的生物传感器非常敏感，可以检测到非常低浓度(10 fM)的TNF - α，远低于健康血液样本(200-300 fM)的正常浓度。

目前阿尔茨海默病的筛查测试包括一份问卷，以确定该人是否有症状，脑成像，或脊椎穿刺过程，包括测试潜在患者脑脊液中的生物标志物蛋白。

该团队已经完成了概念验证阶段，证明了双电极二极管传感器在实验室环境下可以有效检测TNF α。他们计划在临床试验以确保它能够有效地检测生物标志物蛋白在一个血液样本含有许多不同的干扰蛋白和其他物质。

工程科学博士生Hamidreza Ghanbari说:“我们将继续测试该设备使用体液(如血液样本)检测相同蛋白质的能力。”“另一个目标是使用相同的设备但不同的受体来检测对阿尔茨海默病更特异性的蛋白质。”

研究人员还向SFU的技术许可办公室(TLO)提交了临时专利申请。这个项目需要一个跨学科的方法结合工程科学的Adachi教授和物理系的Karen Kavanagh教授以及生物医学生理学和运动学(BPK)的Miriam Rosin教授的领导。

卡瓦纳说:“我们需要确保每个传感器都与我们试图预测或检测的浓度所需的耐受性完全相同，这是真正的挑战。”

它是如何工作的

Kavanagh说，他们的传感器依赖于一种半导体的性质，这种半导体正在研究其二维(2D)性质，即二硫化钼(MoS)₂)．与常见的半导体、硅或砷化镓(GaAs)相比，这种化合物具有不同的性质，后者使用更广泛，也更容易理解。

Thushani De Silva是一名工程科学硕士研究生，他参与了这个项目，并强调该设备是基于电测量的。

她解释说:“基本上，我们在传感区域有一个半导体，当目标蛋白质与传感器相互作用时，它会改变电信号输出。”“通过测量这种变化，我们可以测量体液中蛋白质的浓度。”

该团队使用了一种称为二维材料的纳米材料，这种材料可能只有原子那么薄，用作传感层。被称为适体的DNA序列被应用于这些二维材料之上。

一旦成为生物标志物蛋白质被引入到传感器表面，它会引起电学性质的微小变化。通过观察传感层的电流输出，他们可以在一个简单的溶液中确定这些生物标记蛋白的浓度。