分子摆传感器可以跟踪和监测疾病

使用分子摆检测蛋白质生物标志物的无试剂电化学传感器可能会导致可穿戴、可食用和可植入的设备，用于许多疾病的个性化跟踪和监测。

生物传感器广泛应用于生物医学诊断和监测。大多数人使用试剂来检测与目标分子的化学反应。然而，试剂增加了这种测试的复杂性、时间和工作量。此外，需要试剂的传感器不能进行体内测量。

为了克服这一问题，近年来开发了无试剂电化学系统，利用DNA适体通过与生物分子结合来识别生物分子。然后，绑定事件的转导产生一个读出。然而，这种无试剂系统受到适体可以检测到的分析物数量的限制。

现在,Shana凯利她和多伦多大学的同事们设计了一种无需试剂的系统，该系统使用抗体而不是适体，可以检测任何蛋白质。重要的是，传感器可以在体内使用。凯利说:“我们对系统的良好表现感到惊讶。”“我们不确定是否能在活体动物身上进行测量，所以这些研究的结果是一个惊喜。”

该团队在30毫米长的玻璃表面上沉积了3个金电极，从而制造出了传感器。然后用基于dna的探针溶液进行处理，将核酸拴在电极上。每个钟摆都由一个DNA棒和一个抗体“重量”组成，可以结合特定的蛋白质。

传感器的工作原理是对其中一个电极施加正电势，使带负电的分子摆向下摆动到电极表面。一旦到达表面，DNA棒中的二茂铁氧化还原报告分子就会氧化，从而产生电流。通过测量电流，研究人员可以评估分子钟摆摆动到表面所花费的时间。当分子摆与目标蛋白质结合时，它们的运动速度比未结合状态下慢三倍左右，这为特定蛋白质是否存在提供了一种测量方法。

实验表明，这种传感器可以在包括血液、唾液和尿液在内的体液中工作。对患有诱发性心力衰竭的活老鼠的唾液进行的测试表明，该传感器可以识别出该疾病的生物标志物。

“在生物传感器中使用杠杆臂运动进行信号转导的想法已经存在了几年，但之前的努力在完全未加工、未稀释的生物液体(如唾液)中工作时遇到了麻烦，”他说凯文Plaxco他在加州大学圣巴巴拉分校开发无试剂传感器。“凯利团队巧妙地利用了一种电化学技术，在这种技术中，电场以一种耦合静电驱动和电化学读数的方式脉冲。回想起来非常明显。”

凯利说:“我们认为这种无试剂的形式非常适合开发非常简单和低成本的手持设备，但最令人兴奋的应用肯定是开发新的可穿戴和可植入传感器。”“我们正在研究与传染病和慢性疾病相关的各种应用，并对其可能性感到非常兴奋。”