【技術領域】
信息技術、智慧醫(yī)療
【技術背景】
疾病標志物的發(fā)現(xiàn)與鑒定對于疾病早期診斷、預防、治療與預后具有重要意義，其狀態(tài)的改變與疾病的發(fā)生與發(fā)展情況密切相關。基于化學修飾電極的生物傳感器可將電極表面生物分子反應產(chǎn)生的信息直接轉(zhuǎn)換為電信號加以輸出，有望為癌癥、傳染性疾病、炎癥等重大疾病的標志物檢測提供快速、便捷的自動化方法。然而，抗原及抗體蛋白質(zhì)等生物分子與電極界面的電荷傳輸機制尚不明晰，制約了這一傳感技術在疾病標志物檢測中的發(fā)展與應用。
【解決方案】
華中科技大學光學信息學院、光谷實驗室與同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院組建“光電生化智能傳感”醫(yī)工交叉科研團隊，提出了一種疾病標志物檢測用半導體生物傳感器制備方法，利用膠體量子點等半導體納米晶構建對于蛋白質(zhì)等生物分子的“電學標記”，修飾在平面三電極的工作電極表面形成全固體生物傳感器，成功將抗原與抗體的特異性結合反應“一步法”轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)了對于有關疾病標志物的低濃度特異檢測。
【應用實例】
1. 面向新冠病毒感染者快速篩查的檢測需求，團隊通過對膠體量子點的蛋白質(zhì)電學標記構建方法與新冠病毒蛋白質(zhì)電化學行為的研究，構建出融合半導體量子效應的新型信號轉(zhuǎn)導與放大機制，設計并制備了全固態(tài)、高靈敏度、高特異性新冠病毒蛋白質(zhì)傳感器，對新冠病毒IgG抗體和抗原的檢測下限達到ng mL-1級，準確率接近ELISA檢測方法，配合手持式樣機使用，可在1分鐘內(nèi)完成對血清樣本的檢測。
2. 膀胱癌是常見的惡性腫瘤，有發(fā)病率高、死亡率高的特點。團隊利用硫化鉛膠體量子點構建了膀胱癌標志物角蛋白18（CK18）抗體的電學標記，將其修飾在碳工作電極表面，研制出檢測CK18抗原蛋白質(zhì)半導體生物傳感器，具有快速（～30 s）、高靈敏（檢測下限約58 fg mL-1）的特點。進一步采用更加環(huán)境友好的硫化鉍半導體納米晶作為CK18抗體的電學標記，對CK18抗原蛋白檢測下限為39 fg mL-1，線性范圍為1~1000 pg mL-1，展現(xiàn)出應用于膀胱癌早期篩查的潛力。
3. 變應性鼻炎是上呼吸道的常見疾病，其發(fā)病原因復雜，臨床客觀炎癥檢測指標缺乏。醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)嗜酸性粒細胞陽離子蛋白（ECP）作為局部標志物，對變應性鼻炎的局部炎癥性質(zhì)及程度的客觀判斷至關重要。團隊利用硫化鉛膠體量子點構建對于ECP抗體的電學標記，修飾在碳工作電極表面，可檢出鼻分泌物樣本中含量為0.508 pg mL-1的ECP。
【應用場景】
團隊致力于開展高靈敏度、高可靠性電子鼻和電子舌等智能傳感器與芯片研究，通過智能傳感技術與生物、醫(yī)學領域的交叉創(chuàng)新研究，實現(xiàn)人體呼出氣及體液等樣本中病毒和疾病標志物的發(fā)掘與檢測，圍繞核酸、蛋白質(zhì)、代謝分子、細胞等多尺度標志物構建立體化、精細化診斷模型，為重大疾病的快檢、早篩和智能預警提供新手段。
【市場前景】
該成果面向體外檢測市場，在低成本高通量臨床診斷儀器開發(fā)和智慧醫(yī)療等方面展現(xiàn)出巨大潛能，有望推廣于醫(yī)院科室、POCT（床邊檢測）、社區(qū)體檢、居家自檢和遠程醫(yī)療等醫(yī)療檢測領域。
【合作方式】
技術開發(fā)、技術服務、技術許可、技術轉(zhuǎn)讓、作價投資、面談等
【專家介紹】
劉歡，華中科技大學光學與電子信息學院、武漢光電國家研究中心雙聘教授，光谷實驗室產(chǎn)業(yè)教授，華中科技大學光學與電子信息學院院長助理，武漢國際微電子學院副院長。先后主持國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金、國家重點研發(fā)計劃重點專項青年項目、教育部新世紀優(yōu)秀人才等科研及人才項目。在Nature Materials、Nature Photonics和Advanced Materials等期刊發(fā)表論文百余篇，SCI引用超過3000次，授權中國發(fā)明專利30余項。在美國材料學會年會、亞洲化學傳感器會議、中國氣濕敏傳感技術學術交流會等國內(nèi)外學術會議作邀請報告，獲2017年亞洲化學傳感器會議青年科學家獎。相關成果先后獲得中國電子學會科技進步一等獎、湖北省技術發(fā)明一等獎和湖北省自然科學一等獎。
陳建軍，華中科技大學同濟醫(yī)學院教授，附屬協(xié)和醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科主任醫(yī)師，醫(yī)學博士，碩士生導師，美國AAAAI學會成員，湖北省醫(yī)師協(xié)會變態(tài)反應分會副主任委員，湖北省變態(tài)反應學會常委兼秘書。臨床主攻過敏性鼻炎，兒童反復呼吸道感染及相關疾病，從事相關專業(yè)研究近20年。主持國家自然科學基金項目3項。參加國家科技部十五攻關、十一五支撐項目及省部級課題研究數(shù)項。在國內(nèi)外相關領域核心期刊發(fā)表論文30余篇。
梁華庚，華中科技大學附屬協(xié)和醫(yī)院泌尿外科副主任醫(yī)師，醫(yī)學博士，碩士生導師。中華醫(yī)學會泌尿外科青委會轉(zhuǎn)化學組委員，《臨床泌尿外科雜志》通訊編委，作為技術骨干參與國家十二五科技支撐計劃和國家重點研發(fā)計劃各一項，發(fā)表SCI論文10余篇。
宋博翔，華中科技大學武漢光電國家研究中心副教授，美國南加州大學電子工程博士后。
李華曜：華中科技大學光學與電子信息學院副研究員，博士生導師，華中科技大學溫州先進制造技術研究院光電材料與器件實驗室副主任。
【聯(lián)系方式】
成果編號：CG22009
