據麥姆斯咨詢報道，德、韓兩國科學家共同開發出一種“無標記”設計，將適配體電化學生物傳感器性能提升到新的水平。適配體電化學生物傳感器一向以高靈敏度和低檢測限著稱，如今輔以基于激光誘導石墨烯的“無標記”設計，為即時診斷應用鋪平了道路。

該研究團隊開發出了一款新型生物傳感器，可以精確檢測血液中微量的凝血酶。凝血酶是一種用來止血的酶，它在人體受傷時幫助血液保留在受損的血管中，在傷口愈合過程中起著至關重要的作用。但讓生物學家們更感興趣的是，在異常情況下凝血酶的濃度會升高，因此，通過檢測血液中微小濃度的凝血酶，便可以監測和診斷血液疾病及惡性腫瘤。這一研究成果或將徹底改變血液疾病診斷技術。

激光誘導石墨烯叉指電極用于“無標記”適配體生物傳感器圖像

“生物傳感器”通常用于生物標記物檢測，由兩部分組成：作用于靶分子的生物識別元件（受體）和將生物識別信息轉換為可測量信號的傳感器。

傳統上常用抗體（一種具有檢測和結合特定分子能力的蛋白質）來充當生物識別元件，但抗體的穩定性差且難以合成。“適配體”是一個更好的選擇——它是一種基于核酸的分子，可以與特定的靶分子結合，相比抗體更加穩定。

適配體電化學生物傳感器的高靈敏度和低檢測限，使其成為檢測微小濃度生物標記物（比如凝血酶）的理想工具。唯一的問題是，生物標記物一般很難被檢測出，除非帶有“標記”（如酶或熒光分子）。如何跳過這個“標記”，成了簡化檢測流程、優化檢測成本的關鍵所在。

為解決這個難題，德國雷根斯堡大學和韓國中央大學的科學家們設計出了此新型適配體生物傳感器，采用“激光誘導石墨烯（LIG）”這一高度多孔并可聯鎖成型的材料，形成叉指電極。

韓國中央大學副教授Lee Min-Ho是這項研究的主要科學家之一，他解釋說：“LIG具備石墨烯的高導電性，加工工藝特別簡單（只需一臺二氧化碳激光打印機即可），且它的高孔隙率及其聯鎖設計進一步提高了傳感器的靈敏度。”

LIG生物傳感器采用“電容式”傳感原理，傳感器與靶分子直接結合。這支研究小組在其更早期的論文中說到，科學家們根據電化學阻抗譜的研究，發現LIG電極在低頻下的性能表現卓越。

該研究小組的最新論文中說道，他們利用LIG的這一特性優化了生物傳感器，并記錄了緩沖液和血清樣品中不同濃度的凝血酶在0.5Hz（或半周/秒）頻率下的響應情況。他們還測量了傳感器的靈敏度和檢測限，可通過脂質體和聚合物納米粒子等“標記”與電極尺寸的函數推算得知。

研究小組發現，LIG生物傳感器可以可靠地檢測5個數量級以上的凝血酶濃度變化，檢測下限極低，且無論電極尺寸如何變化，檢測性能幾乎不變。

同時他們還發現，無標記檢測和納米顆粒標記結合工作，其效果更佳，會有極小幅度的靈敏度提高或檢測限下降。科學家們將這一發現歸功于電極的高孔隙率。電極的高孔隙率決定了傳感器的電容性響應。

此外，LIG生物傳感器具有良好的重現性、重復性和長期穩定性（7周內），也就是良好的魯棒性。

這項研究成果令人鼓舞。科學家們對LIG適配體生物傳感器在凝血酶檢測和其他常用生物標志物領域中的應用前景感到非常興奮。Lee博士樂觀地預言：“LIG生物傳感器便于生產和調整、在無標記形式下性能依然表現優越，這些都表明，在不久的將來LIG生物傳感器將被應用在即時診斷。適配體和新型石墨烯電極的結合、電化學免疫分析技術的商業化，將會在未來5~10年內成為可能。”

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