阿尔兹海默症（AD）是困扰人类的世界性难题，用于AD患者确诊检测的取脑脊液分析、正电子发射断层扫描等方法，不仅侵入性强、价格昂贵，而且无法作为早期AD患者的筛查手段。

近日，湖南先进传感与信息技术创新研究院张志勇教授-肖梦梦博士团队开发了一种核酸适体功能化、快速低成本的碳基生物快检平台。7月11日，《美国化学会·传感器》（ACS Sensors）在线发表了该成果，并被选为封面文章。该研究院为论文第一单位，湘潭大学2019级研究生陈弘为第一作者。

阿尔兹海默症是一种高发病率和高致死率的疾病。近期，中国科协将“如何早期诊断无症状期的阿尔兹海默症”作为2022年十大重大前沿的首要科学问题。因此，开发一种高灵敏、低创的检测方式，实现在无症状阶段对AD的早期诊断治疗至关重要。

适配体功能化的碳纳米管场效应晶体管AD生物传感器。受访者 供图

相对于取脑脊液进行分析，采取患者血液更加方便快捷且能减轻痛苦，血液、血清中的AD标志物可作为早期低创检测的主要对象。然而，由于血液中AD标志物浓度极低，动态范围大，存在各种干扰物，因此在高灵敏和可重复性检测方面仍然存在很大障碍。

为解决上述问题，该团队使用了半导体加工工艺批量制备的碳基（半导体碳纳米管）传感芯片，通过金颗粒和待检测标志物适配体在器件的栅极上进行功能化修饰，得到了具有优异的可靠性和良好的均一性的碳基场效应晶体管生物传感器。这种半导体工艺相兼容的制备方式为未来生物传感器的批量重复性制造奠定了基础。

碳纳米管晶体管生物传感器的性能测试和对比。受访者 供图

研究者发现，上述生物传感器在静态检测和动态检测中均展现了很高的重复性。在静态测试中，受检测的每组10个传感器，对目标物均获得了15%左右的响应，而对非目标物的响应均小于5%，最高选择比高达800%。在动态测试中，每种标志物采用3个传感器同时检测，其电流变化趋势一致，具有较高的重复性，且响应时间小于2分钟。该结果表明，采用碳管生物传感器可以实现对血液样本的AD标志物的快速高特异性检测，充分展示了在床旁检测和便携式检测等快速筛查需求中的应用潜力。

同时，传感器的线性动态范围超过4个量级，稳定性超过30分钟，变异系数小于10%，回收率范围为88%至108%，体现了很强的可靠性。该工作通过使用MCH、BSA和Tween20对生物传感器非特异性位点封闭，使血清中非特异性吸附从40%降至5%，大大提升了在血清复杂环境中的抗干扰能力，也将Aβ42和Aβ40肽的理论检测下限分别推进至45aM 和55aM，为当前各种检测方法中的最优结果。这表明采用碳管生物传感器可以在阿尔兹海默症病人的无症状期采用低成本低创的血清快速筛查方式进行诊断及病情发展追踪，实现对AD患者的早发现、早干预、早治疗，避免病情发展到不可逆转的临床症状期。

据介绍，该成果展现出适配体功能化的CNT FETs生物传感器的高灵敏度和可靠性，为实现AD的早期诊断和大规模筛选测试提供了一种高效、低创的检测方式。该传感器采用低温工艺批量化制备，有望与碳基芯片技术和微流控技术相结合，集成外围电路，形成小型智能化便携式检测装置，以促进该传感器在临床上的应用。

适配体功能化的碳纳米管晶体管传感器在血清中的灵敏度和选择性。受访者 供图

该论文审稿人认为，该研究构建了一种基于高度均匀半导体碳纳米管膜的场效应晶体管生物传感器，以实现对AD核心血液标志物β-淀粉样蛋白(Aβ)的高灵敏度和选择性检测，并可批量生产。该论文实验结果和研究完整性达到了国际顶尖水平。

湖南先进传感与信息技术创新研究院是在湖南省人民政府资助下，由湘潭大学与北京大学合作共建的新型研发机构，研究院科研团队由中国科学院院士彭练矛领衔，现已初步建成出全球首条碳基传感器芯片小试线。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acssensors.2c00967