【期刊】

Nature Biomedical Engineering IF=25.7

DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-021-00833-7

【成果簡介】

由于許多疾病相關(guān)生物標(biāo)志物的濃度超低，所產(chǎn)生的信號(hào)往往會(huì)被其他高濃度分子所產(chǎn)生的信號(hào)所干擾，因此從生物流體中進(jìn)行超低濃度樣品（每100 μL中有1到10份）的檢測直是醫(yī)學(xué)/生物分析域的個(gè)難題。近日，復(fù)旦大學(xué)魏大程教授課題組使用小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3制備了基于石墨烯場效應(yīng)管的分子微納機(jī)電芯片解決了這難題。所制備的芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)低濃度離子，生物分子和新·冠病毒（每100 μL中有1到2份）的快速精確檢測。使用該芯片對(duì)新·冠病毒進(jìn)行檢測時(shí)，僅需鼻咽樣本即可，無需RNA提取和核酸擴(kuò)增，四分鐘內(nèi)就可得到檢測結(jié)果。相關(guān)研究論文已在國際知·名期刊《Nature Biomedical Engineering》（IF=25.7）上發(fā)表。

【圖文導(dǎo)讀】

圖（1） 分子微納機(jī)電和基于石墨烯場效應(yīng)管的微納機(jī)電芯片示意圖。A)分子微納機(jī)電芯片示意圖。B) 分子微納機(jī)電探針在不同靜電場中工作原理示意圖。探針與作為懸臂梁的單鏈DNA相連，然后被個(gè)由雙鏈DNA所組成的四面體結(jié)構(gòu)固定在石墨烯表面。E為外加電場方向。C)基于液態(tài)門石墨烯場效應(yīng)管的微納機(jī)電芯片示意圖。D)使用小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3制備器件的數(shù)碼照片。E) 小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3制備電的光學(xué)顯微照片。F)制備后的石墨烯表面的AFM表面成像結(jié)果。G)-I)不同外加電場條件下，單鏈DNA的熒光表征結(jié)果。

圖（2）超靈敏生物探測系統(tǒng)和芯片穩(wěn)定性結(jié)果。A) V_lg為-0.5V條件下和B) V_lg為0V條件下實(shí)時(shí)ΔI_ds的變化曲線。C)不同V_lg下，ΔI_ds隨著凝血酶濃度的變化。D)分子微納機(jī)電部分探測原理。由于探針較高的表面覆蓋率，通過探針對(duì)定目標(biāo)進(jìn)行定吸附，避免了非定吸附，然后再轉(zhuǎn)換為不同電信號(hào)。E)制備芯片的ΔI_ds/ΔI_ds0隨著時(shí)間的變化。

圖（3）芯片的通用性，*性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。A) ∣ΔI_ds/ΔI_ds0∣曲線隨著不同檢測樣品濃度的變化。B) ΔI_ds/ΔI_ds0隨著ATP濃度的變化。C)制備芯片對(duì)選定樣品和非選定樣品不同的∣ΔI_ds/ΔI_ds0∣結(jié)果。D)DNA四面體示意圖。E)不同的DNA結(jié)構(gòu)對(duì)狄拉克點(diǎn)位移的影響。

圖（4）新·冠病毒的核酸檢測。A)使用制備芯片和傳統(tǒng)PCR法進(jìn)行核酸檢測的工作流程。B)用于探測和樣品選定的基因序列圖。C）∣ΔI_ds/ΔI_ds0∣曲線隨著不同檢測樣品濃度的變化。插圖中展示了檢測的靈敏度。D) ∣ΔI_ds/ΔI_ds0∣隨著不同樣本的改變。F1為PCR檢測為陰性的1號(hào)樣本。P1為PCR檢測為陽性的1號(hào)樣本。插圖中展示了芯片對(duì)25個(gè)陽性樣本的平均反應(yīng)時(shí)間。E) 芯片對(duì)新·冠感染者，普通發(fā)燒和流感患者以及健康人群的檢測結(jié)果。F) ΔI_ds/ΔI_ds0對(duì)不同濃度樣品的反應(yīng)時(shí)間。插圖為在樣品采集后0-21天時(shí)間內(nèi)的表征結(jié)果。G)制備的芯片和傳統(tǒng)PCR法對(duì)樣品檢測靈敏度的比較。H) 通過和其他測試新·冠病毒方法的比較，說明制備的芯片檢測新·冠病毒更快更靈敏。

【結(jié)論】

魏大程教授課題組使用小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3制備基于石墨烯場效應(yīng)管的分子微納機(jī)電芯片在檢測離子，生物分子和新·冠病毒等方面具有快速超高靈敏度等點(diǎn)。該工作為醫(yī)學(xué)/生物快速精確診斷域的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，從文中也可以看到隨著醫(yī)學(xué)/生物檢測域的需求逐漸增多，如何快速開發(fā)出符合需求的生物芯片顯得十分重要性。由于實(shí)驗(yàn)過程中需要及時(shí)修改相應(yīng)的參數(shù)，得到化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，十分依賴靈活多變的光刻手段。小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3可以任意調(diào)整光刻圖形，幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)原型芯片的開發(fā)，助力醫(yī)學(xué)/生物檢測域的研究。

相關(guān)產(chǎn)品

1、小型臺(tái)式無掩膜光刻機(jī)- MicroWriter ML3

https://www.chem17.com/product/detail/16839518.html