信息工程学院张敏副教授课题组与化生学院李子刚教授/尹丰研究员课题组合作在全碳薄膜晶体管生物传感器研究中取得研究进展

2021-11-17 09:43:55

   近日,信息工程学院(以下简称:信息学院)张敏副教授课题组和化学生物学与生物技术学院(以下简称:化生学院)李子刚教授/尹丰研究员课题组合作在生物传感器领域国际知名期刊Biosensors and Bioelectronics上发表题为“Tetrahedral DNA nanostructure based biosensor for high-performance detection of circulating tumor DNA using all-carbon nanotube transistor”的文章(DOI: 10.1016/j.bios.2021.113785),实现了一种基于DNA折纸技术和全碳纳米管薄膜晶体管的新型生物传感器,并研究了该传感器在血液循环肿瘤DNA检测方面的应用。

   癌症作为危害重大的疾病之一,其诱发的死亡率紧随心脏类疾病之后,已经成为了全球第二大疾病致死因素。癌症的早筛、早检对癌症的预防和治疗至关重要。然而,目前癌症的临床诊断多依赖于成像技术和组织病理检查。这些技术的应用受限于侵入性的样品获取、长耗时、高成本、以及癌症早期检测中缺乏可靠的生物标志物等因素。近年来,研究者们根据癌症进程周期,发现了多种新型的癌症标志物,如循环肿瘤DNActDNA)、循环肿瘤细胞、外泌体等。其中ctDNA源自癌细胞凋亡进而游离到血液中的染色体DNAcell-free DNAcfDNA),具有肿瘤特异性。因此,针对ctDNA的检测,可提供更全面、更实时的癌症信息,为癌症早期诊断、快速评估癌症治疗效果、辅助癌症分期分级、监测癌症转移复发风险、监测耐药情况等提供帮助,有望作为临床诊断检测的补充甚至替代现有的癌症标志物。传统的ctDNA检测方法多基于聚合酶链式反应(PCR)和DNA测序技术。复杂的样品制备过程、较长的检测周期和技术依赖型的结果分析,是限制该领域发展的直接因素。基于碳纳米管晶体管型的生物传感器具有高灵敏度、高选择性、响应速度快、易于小型化、可批量且低成本制备等优势,已被应用于多种生物分子检测的工作中。然而,目前将碳纳米管晶体管型生物传感器用于ctDNA检测仍然存在重大挑战,且目前尚未见相关报道。

   信息学院张敏副教授课题组和化生学院李子刚教授/尹丰研究员课题组首次将全碳纳米管薄膜晶体管(all-carbon nanotube thin-film transistorall-CNT TFT)生物传感器与四面体DNA纳米结构(tetrahedral DNA nanostructuresTDNs)相结合,实现了对三阴性乳腺癌标志物AKT2基因的检测。与传统单链DNA探针相比,采用TDNsall-CNT TFT生物传感器可实现高达98%的响应提升。该生物传感器实现了具有高选择性和高可重复性的DNA检测,其线性检测范围达到六个数量级,理论检测限可达2fM。该研究提出的all-CNT TFT生物传感器结合TDNs的平台有望实现多种癌症标志物的同时捕获,为临床检测提供一种简单、有效、高性能的通用“液体活检”策略。

   该工作由信息学院张敏副教授课题组和化生学院李子刚教授/尹丰研究员课题组共同合作完成。信息学院博士后马珅慧和化生学院博士后张亚萍为共同第一作者,信息学院2020级硕士生任沁琦、2018级硕士生王小芳、2021级博士生朱家豪也做出了重要贡献。上述研究得到了国家自然科学基金项目、深圳市科技创新委员会基础研究项目和中国博士后科学基金项目的支持。



论文链接:https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113785

(供稿:张敏副教授课题组)