<p>我們體內(nèi)的分子在不斷地交流。其中一些分子提供了一種生化指紋，可以表明傷口是如何愈合的，癌癥治療是否有效，或者病毒是否入侵了身體。如果我們能夠以高靈敏度實時感知這些信號，那么我們可能能夠更快地識別健康問題，甚至在疾病發(fā)展過程中監(jiān)測疾病。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，美國西北大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，可以更容易地竊聽我們身體內(nèi)部的對話。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然人體的化學(xué)信號非常微弱，難以檢測和分析，但研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，可以將信號增強1000多倍。晶體管是電子元件的基本組成部分，它可以增強微弱的信號以提供放大的輸出。這種新方法使信號更容易檢測，無需復(fù)雜笨重的電子設(shè)備。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過放大微弱的生化信號，新方法使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)更接近實時、現(xiàn)場診斷和疾病監(jiān)測。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究發(fā)表在周六(3月24日)的《自然通訊》雜志上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究的資深作者、西北大學(xué)的喬納森&middot;里夫內(nèi)(Jonathan Rivnay)說:&ldquo;如果我們能夠可靠地測量體內(nèi)的生化信號，我們就可以將這些傳感器整合到占地面積小、負(fù)擔(dān)小、不需要昂貴電子設(shè)備的可穿戴技術(shù)或植入物中。&rdquo;但提取高質(zhì)量信號仍然是一個挑戰(zhàn)。由于體內(nèi)能量和空間有限，你需要找到放大這些信號的方法。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>里夫內(nèi)是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程教授。Rivnay實驗室的博士后研究員紀(jì)旭東是這篇論文的第一作者。</p> <p>&nbsp;</p> <p>1000 x</p> <p><br />新技術(shù)將身體的信號提高了1000倍</p> <p><br />雖然它們傳遞的重要信息充滿指導(dǎo)診斷和治療的潛力，但許多化學(xué)傳感器產(chǎn)生微弱的信號。事實上，如果不取出樣本(血液、汗液、唾液)并通過高科技實驗室設(shè)備，衛(wèi)生保健專業(yè)人員往往無法破譯這些信號。通常，這種設(shè)備很昂貴，甚至可能位于場外。結(jié)果可能需要很長時間才能得到。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，里夫內(nèi)的團隊的目標(biāo)是在不離開身體的情況下感知和放大這些隱藏的信號。</p> <p>&nbsp;</p> <p>其他研究人員利用適體探索了用于生物傳感的電化學(xué)傳感器，適體是經(jīng)過工程改造與特定目標(biāo)結(jié)合的DNA單鏈。在成功地與感興趣的目標(biāo)結(jié)合后，適體就像一個電子開關(guān)，折疊成一個觸發(fā)電化學(xué)信號的新結(jié)構(gòu)。但是，如果沒有在理想和控制良好的條件下進行測試，單獨使用適體，信號通常很弱，極易受到噪聲和失真的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了繞過這個問題，Rivnay的團隊在傳統(tǒng)的基于電極的傳感器上安裝了一個放大組件，并開發(fā)了一種基于電化學(xué)晶體管的傳感器，具有新的架構(gòu)，可以感知和放大微弱的生化信號。在這個新裝置中，電極被用來感知信號，但附近的晶體管被用來放大信號。研究人員還集成了內(nèi)置的薄膜參考電極，以使放大的信號更加穩(wěn)定和可靠。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Ji說:&ldquo;我們將晶體管的功率與完善的電化學(xué)方法相結(jié)合，用于局部放大。&rdquo;&ldquo;這是兩全其美的方法，因為我們能夠穩(wěn)定地測量適體結(jié)合并在現(xiàn)場放大它。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果我們能夠可靠地測量體內(nèi)的生化信號，我們就可以將這些傳感器整合到占地面積小、負(fù)擔(dān)小、不需要昂貴電子設(shè)備的可穿戴技術(shù)或植入物中。&rdquo;</p> <p><br />&mdash;&mdash;Jonathan Rivnay，生物醫(yī)學(xué)工程師</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了驗證這項新技術(shù)，Rivnay的團隊轉(zhuǎn)向了一種常見的細(xì)胞因子，一種信號蛋白，它調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，并與組織修復(fù)和再生有關(guān)。通過測量傷口附近特定細(xì)胞因子的濃度，研究人員可以評估傷口愈合的速度，是否有新的感染，或者是否需要其他醫(yī)療干預(yù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在一系列實驗中，Rivnay和他的團隊能夠?qū)⒓?xì)胞因子的信號放大3到4個數(shù)量級，與傳統(tǒng)的基于電極的適體檢測方法相比。雖然這項技術(shù)在檢測細(xì)胞因子信號的實驗中表現(xiàn)良好，但Rivnay說，它應(yīng)該能夠放大來自任何分子或化學(xué)物質(zhì)的信號，包括抗體、激素或藥物，其中檢測方案使用電化學(xué)報告器。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這種方法廣泛適用，沒有特定的用例，&rdquo;里夫內(nèi)說。&ldquo;我們的大愿景是將我們的概念應(yīng)用到可植入生物傳感器或可穿戴設(shè)備上，這些設(shè)備既能感知問題，又能做出反應(yīng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項名為&ldquo;有機電化學(xué)晶體管作為電化學(xué)適體傳感的現(xiàn)場信號放大器&rdquo;的研究得到了美國國防高級研究計劃局(撥款號D20AC00002)的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>