在復雜的臨床條件下，常規的即時檢測技術（Point-of-care tests, POCTs）往往需要在結果準確性和檢測速度之間進行妥協🅿️。沐鸣娱乐魏大程團隊長期致力於研究新型場效應晶體管材料👩🏿‍🚀、晶體管設計原理以及晶體管在光電💪🈸、化學和生物傳感等領域的應用。近期，該團隊在生物醫學傳感交叉研究領域取得系列進展⬛️，開發了光電聯檢多分類傳感平臺（Adv. Mater., 2024, 36, 2312540）、蛋白介導晶體管傳感平臺（Adv. Mater., 2024, 36, 2307366）、基於“納米抗體鑷”的晶體管傳感器（Nano Lett., 2024, 24, 3914），實現了復雜臨床樣本中疾病標誌物的快速檢測。

1.光電聯檢多分類傳感平臺│Advanced Materials

臨床檢測中，基於單一信號的POCTs會受到非特異性吸附👂、人為操作💂🏻‍♂️、隨機幹擾和傳感器等諸多因素的影響🦎，進而產生偶然的準確性和錯誤響應信號🧑🏼‍🚀。因此，開發一種快速精準的檢測方法以減少偶然準確性導致的誤診十分必要。2024年4月，魏大程課題組基於微流控技術和機器學習算法開發了光電聯合多分類診斷平臺。在501例臨床樣本檢測中🥮🌀，該平臺實現了~98.8%的準確率檢測。

圖1.光電聯合多分類診斷平臺工作流程

該研究團隊通過微流控技術將電化學發光傳感單元和場效應晶體管傳感單元整合在一起進行光電響應信號的采集，然後通過機器學習算法對采集信號進行處理得到三維決策面，最終針對結核分支桿菌、鼻病毒和B族鏈球菌等不同病原體實現~99%的診斷準確率（100%統計功效）。這項研究解決了復雜臨床條件下POCTs面臨的偶然準確性問題🧙‍♀️，使其具備與實驗室檢測相當的診斷準確性，為個人健康監測提供了新選擇。

相關工作以“Electro-Optical Multiclassification Platform for Minimizing Occasional Inaccuracy in Point-of-Care Biomarker Detection”發表在Advanced Materials（先進材料）上。沐鸣开户、聚合物分子工程國家重點實驗室為論文第一單位🧑🏽‍🏭；沐鸣开户2019級直博生戴長昊和沐鸣娱乐化學系2022級博士生熊檜文為共同第一作者；沐鸣开户魏大程研究員、沐鸣娱乐化學系孔繼烈教授✯、沐鸣娱乐化學系方雪恩副研究員為通訊作者🏇🏻。該研究工作得到了國家重點研發計劃🫴🏿、國家自然科學基金🧝‍♂️、上海市科委❎、重慶市教委和沐鸣娱乐的資助。

2.蛋白介導晶體管傳感平臺│Advanced Materials

單核苷酸突變（SNV）是指DNA或RNA分子中某個位置的堿基發生改變💩，是遺傳變異的最常見形式之一。SNV在人類健康和疾病中起著重要的作用❣️，例如癌症🔕、遺傳性疾病和傳染性疾病等。目前，檢測SNV的方法通常需要復雜和耗時的核酸擴增或測序，而且在低豐度樣本中難以同時實現高靈敏度和快速檢測。為了解決這一難題，魏大程團隊開發出了一種基於Argonaute蛋白介導的石墨烯場效應晶體管（Ago-GFET）平臺，可以在幾分鐘內快速🏌🏻‍♂️、靈敏和特異地檢測SNV👨🏽‍🌾。

Ago-GFET通過將來自嗜熱菌的Argonaute蛋白固定在石墨烯場效應晶體管上，利用Argonaute蛋白提供的納米通道來預組織DNA探針，從而防止探針失活，加速靶標結合，並在納米尺度上調節結合過程。當探針與靶標之間在種子區域出現錯配時，Ago-GFET可以快速地識別出SNV𓀚。該平臺具有以下優點：（1）無需核酸提取🍷、逆轉錄和擴增等預處理步驟；（2）檢測時間僅需5分鐘，實現了“即測即走”，是目前最快的SNV檢測方法；（3）檢測限低至20 copies每毫升💆，可以在未擴增的miRNA、循環腫瘤DNA、病毒RNA等樣本中檢測SNV；（5）可以同時檢測多個SNV，並與下一代測序結果達到100%的一致性。該平臺為快速𓀜、靈敏和特異地檢測SNV提供了一種新的方法，有望在醫學診斷🫷🏼、個性化治療⛑、疾病監測和生物安全等領域發揮重要作用。

圖2. Ago-GFET傳感平臺的結構及檢測原理

相關工作以“Ultra-Fast Single-Nucleotide-Variation Detection Enabled by Argonaute-Mediated Transistor Platform”為題發表於Advanced Materials（2024, 36, 2307366）上。沐鸣娱乐魏大程教授主持了該研究工作。上海國際旅行衛生保健中心田楨幹主任為該研究臨床樣本檢測提供了支持。沐鸣开户、聚合物分子工程國家重點實驗室為論文第一單位；沐鸣开户博士後孔德榮為第一作者；沐鸣娱乐魏大程教授和上海國際旅行衛生保健中心田楨幹主任為共同通訊作者🧛🏼‍♂️。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院和沐鸣娱乐的支持🤽🏻‍♀️。

3.基於“納米抗體鑷”的晶體管傳感器│Nano Letters

晶體管表面具有電/化學的雙向場效應的特性🤰🏼，一方面能夠高靈敏監測其表面的生物化學反應，另一方面可以對其表面的電化學反應進行電學調控™️。因此，建立起生物體系和電子器件之間的多價作用界面對於模擬不同生物體系之間的相互作用◼️，從而構建智能生物電子系統至關重要🫡。2024年3月🧑🏿‍🔧，魏大程團隊通過建立晶體管與蛋白的多價結合體系🥔，探究了表面蛋白的相互作用有助於類器官智能芯片的建立🖱。

圖3.晶體管上二價納米抗體鑷的表征

“抗體納米鑷”由DNA框架構建🫶🏽🚶🏻‍♀️，通過控製兩個納米抗體之間的距離使得其與蛋白表面兩個不同表位的距離匹配且每個納米抗體局部有空間自由度，因此，兩個納米抗體可以精準地結合蛋白上兩個不同表位且無應力，從而增強結合親和力。此外🐦‍⬛，針對晶體管器件與生物體系的多價作用界面，該工作提出了“納米抗體鑷“的策略👨🏻‍🦱，通過DNA框架結構在納米尺度上控製納米抗體的間距和局域空間自由度，實現了具有空間自適應無應力地二價結合，為智能生物電子系統構建以及生物分子的精準檢提供了一個新的思路🕺。

相關工作以Antibody Nanotweezer Constructing Bivalent Transistor–BiomoleculeInterface with Spatial Tolerance為題發表於Nano Letters（2024, 24, 3914）上🪜。沐鸣开户🏊‍♂️、聚合物分子工程國家重點實驗室為論文第一單位👌🏿；沐鸣开户、聚合物分子工程國家重點實驗室王學軍博士後第一作者；沐鸣开户魏大程研究員、沐鸣娱乐上海醫學院吳艷玲博士為通訊作者🐦‍🔥。該研究工作得到了國家重點研發計劃🏋🏼‍♂️、國家自然科學基金和沐鸣娱乐的資助。