一种使生物传感器小型化的新方法将为微创植入物带来新的可能性。微型晶体管制造在薄而灵活的基板上，可放大生物信号，产生的电流是类似替代品的 200 多倍。
诊断和监测疾病通常依赖于检测称为“生物标志物”的分子。然而，此类生物标志物的检测需要定期抽血，费用昂贵、耗时，需要专门的设备，并且无法提供连续的数据。为了避免这种情况并提供实时生物标志物检测，加州大学圣巴巴拉分校的 Kevin Plaxco 教授的团队率先开发了基于适体的植入式传感器。这些设备是基于 DNA 的电化学传感器，它们成功地实时跟踪小分子。
将这些传感器转化为临床实际应用的关键步骤是使它们尽可能小和微创。为了解决这一小型化挑战，剑桥大学的研究人员与 Plaxco 实验室合作，发现了一种将基于适体的传感器与放大晶体管平台相结合的方法。他们共同开发了基于有机电化学晶体管 (OECT) 的生物传感器，即使在缩小到非常小的尺寸时也能保持适体传感器的高性能。结果发表在《科学进展》杂志上。
方波门电位曲线支持基于高增益适体的 OECT 传感。( A ) 基于适体的 OECT 示意图，其中包括固定在栅电极上的亚甲蓝修饰适体。这种功能化的平面金栅极和 PEDOT:PSS 通道设计用于匹配电容，允许通道和栅极侧的电压降。( B ) 叠加在电压扫描上的脉冲方波作为V G输入，产生 ( C ) I G电流因亚甲蓝的氧化而衰减。( D ) 所得的I D与综合I G成正比。(E ) 测量每个正向和反向脉冲电流之间的差异，然后产生一个明显的亚甲蓝氧化还原峰。添加目标后，电荷转移速率增加，产生更大的积分电流并导致更高的 ΔID氧化还原峰。图片来源：科学进步(2022)。DOI：10.1126/sciadv.add4111
该论文的第一作者、研究生 Sophia Bidinger 说：“这项工作是朝着为医疗保健提供者创造更好的工具迈出的重要一步。有了这种类型的传感器，医生将能够获得前所未有的实时数据来跟踪他们的病人' 健康。”
以前的适体传感器是由细的、几毫米长的电线制成的。相比之下，新的晶体管生物传感器非常小，肉眼几乎看不见。该技术对于需要在敏感区域安装传感器的医疗应用非常有用。例如，这种微创传感器可以植入大脑——这是追踪与精神障碍(如抑郁症)相关的生物标志物的理想区域。
论文的合著者 Tawfique Hasan 教授说：“连续分子监测存在巨大的市场机会。除了葡萄糖，市售传感器并不多。更多支持连续体内传感的工具将拯救生命。”
跨学科研究团队现在将探索这项工作可能的下一个方向。例如，信号放大的另一个好处是延长了使用寿命，因此传感器可以运行更长时间而无需更换。这些改进中的每一项都离在人类中部署更近了一步，用于跟踪从药物到激素再到神经递质的任何事物。
论文的合著者 George Malliaras 教授补充说：“这项工作最令人兴奋的方面是它可以用来检测几乎任何小分子。这将帮助医生获得比以往更多的针对患者的洞察力。”
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