人體內(nèi)的生物化學信號通常非常微弱，很難直接進行檢測和分析。據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國西北大學（Northwestern University）的研究人員基于有機電化學晶體管開發(fā)了一種新方法，能夠?qū)⑸锘瘜W信號提高1000多倍。這種新方法增強微弱信號以提供放大的輸出，使生物化學信號更容易檢測，無需復(fù)雜龐大的電子設(shè)備。

通過放大微弱的生物化學信號，這種新方法使現(xiàn)代醫(yī)學距離實時、現(xiàn)場診斷和疾病監(jiān)測又前進了一大步。

該研究通訊作者Jonathan Rivnay說：“如果我們能夠可靠地測量體內(nèi)的生物化學信號，就可以將這些傳感器整合到可穿戴設(shè)備或植入體中，從而用更小的尺寸和用戶負擔替代昂貴且龐大的傳統(tǒng)電子設(shè)備。不過，高質(zhì)量的提取這些生物化學信號仍然存在挑戰(zhàn)。由于體內(nèi)的信號功率和空間有限，必須找到放大這些信號的有效方法?！?/p>

許多化學傳感器可以提供微弱的信號，傳遞有望指導診斷和治療的充滿潛力的重要信息。但事實上，如果不取出樣本（血液、汗液、唾液）并通過高科技實驗室設(shè)備進行檢測，醫(yī)療保健專業(yè)人員幾乎無法破譯這些信號。通常，這種設(shè)備價格昂貴，且位于專業(yè)的檢測中心。此外，檢測結(jié)果可能也需要很長的時間才能返回。西北大學研究小組的目標是在不離開身體的情況下感知并放大這些隱藏的信號。

其他的研究人員已經(jīng)探索了利用適配體進行生物傳感的電化學傳感器，一種能和靶分子特異性結(jié)合的單鏈寡核苷酸。在成功地與感興趣的靶分子結(jié)合后，適配體就像電子開關(guān)一樣，折疊成一個新的結(jié)構(gòu)，觸發(fā)電化學信號。不過，如果不在理想的受控條件下進行測試，單獨使用適配體，信號通常很弱，并且非常容易受到噪聲和失真的影響。

基于參考有機電化學晶體管（ref-OECT）的電化學適配體基（E-AB）傳感器概念設(shè)計

為了繞過這個問題，研究團隊在傳統(tǒng)基于電極的傳感器上裝配了一個放大組件，開發(fā)了一種基于電化學晶體管的傳感器。這種傳感器具有新穎的結(jié)構(gòu)，可以感應(yīng)并放大微弱的生物化學信號。其中，電極用于感測信號，附近的晶體管專門用于放大信號。研究人員還加入了一種內(nèi)置的薄膜參比電極，使放大的信號更加穩(wěn)定可靠。

為了驗證這項新技術(shù)，Rivnay的團隊實驗了一種常見的細胞因子，一種信號蛋白，它可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)并參與組織修復(fù)和再生。通過測量傷口附近某些細胞因子的濃度，研究人員可以評估傷口愈合的速度，是否出現(xiàn)新的感染，或者需要其他醫(yī)療干預(yù)。

通過一系列實驗，與傳統(tǒng)基于電極的適配體傳感方法相比，Rivnay及其團隊能夠?qū)⒓毎蜃拥男盘柗糯笕剿膫€數(shù)量級。這項技術(shù)在檢測細胞因子信號的實驗中表現(xiàn)良好，但Rivnay表示，它應(yīng)該還能放大其他所有分子或化學物質(zhì)的信號，包括抗體、激素或藥物。

Rivnay評價稱：“該方案的適用范圍很廣，沒有特定的用例限制。我們的愿景是將這種概念應(yīng)用到植入式生物傳感器或可穿戴設(shè)備中，從而使它們既能感知問題又能做出響應(yīng)?！?/p>

審核編輯：劉清