馬薩諸塞州梨樹(shù)山(3/19/2020)-波士頓學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用單原子厚度的石墨烯片來(lái)跟蹤生物結(jié)構(gòu)的固有電子信號(hào)，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)平臺(tái)來(lái)選擇性地識(shí)別致命的細(xì)菌菌株。研究小組在雜志《生物傳感器和生物電子學(xué)》中報(bào)道，這一進(jìn)展可能會(huì)導(dǎo)致用適當(dāng)?shù)目股剡M(jìn)行更準(zhǔn)確的感染。
波士頓大學(xué)物理學(xué)教授肯尼斯伯奇(Kenneth birch)表示，該原型首次在單一平臺(tái)上展示了對(duì)致病菌金黃色葡萄球菌和耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌的選擇性、快速和廉價(jià)的電檢測(cè)。
抗生素耐藥病原菌的快速增加已成為全球性威脅，這在很大程度上是由于抗生素的過(guò)度處方。合著者、波士頓學(xué)院生物學(xué)副教授Tim van Opijnen認(rèn)為，這主要是由于缺乏快速、廉價(jià)、可擴(kuò)展和準(zhǔn)確的診斷程序。
特別是，關(guān)鍵是確定細(xì)菌的類型和是否對(duì)抗生素有耐藥性，并在大多數(shù)護(hù)理點(diǎn)易于操作的平臺(tái)上進(jìn)行鑒定。目前，這種診斷相對(duì)較慢——從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等——需要廣泛的專業(yè)知識(shí)和非常昂貴的設(shè)備。
不列顛哥倫比亞省的研究人員與波士頓大學(xué)的同事合作開(kāi)發(fā)了一種稱為石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(G-FET)的傳感器，該傳感器可以克服以前檢測(cè)工作的關(guān)鍵缺點(diǎn)，因?yàn)樗且粋€(gè)高度可擴(kuò)展的平臺(tái)，并且使用肽。合著者、不列顛哥倫比亞大學(xué)化學(xué)教授高建民說(shuō)，這些氨基酸是廉價(jià)且易于使用的化學(xué)試劑。
研究團(tuán)隊(duì)著手展示，它可以構(gòu)建一種設(shè)備，能夠“快速檢測(cè)特定細(xì)菌菌株和物種的存在，利用它們表面的大量電荷，并利用我們自己設(shè)計(jì)的合成肽來(lái)捕獲它們的能力”。樺樹(shù)
該計(jì)劃基于van Opijnen和Gao的早期研究，他們之前發(fā)現(xiàn)肽具有高度選擇性，但當(dāng)時(shí)需要昂貴的熒光顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)。除伯奇、高和范奧皮寧外，本文的主要合著者還包括波士頓大學(xué)化學(xué)系助理教授凌。
研究小組修改了現(xiàn)有的肽，使它們可以與石墨烯(碳的單原子層)相連。這些肽被設(shè)計(jì)成與特定細(xì)菌結(jié)合，并排斥所有其他細(xì)菌。本質(zhì)上，當(dāng)石墨烯暴露在各種生物制劑中時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以監(jiān)控石墨烯上的電荷。
由于這些肽的選擇性，研究人員可以確定它們與所需細(xì)菌菌株的聯(lián)系。該團(tuán)隊(duì)在文章《介電泳輔助G-FET快速、選擇性和單細(xì)胞檢測(cè)抗生素耐藥菌》中報(bào)道。通過(guò)電監(jiān)控電阻并最終監(jiān)控器件上的電荷，可以解決附著在石墨烯上的細(xì)菌的存在，即使對(duì)于單個(gè)細(xì)胞也是如此。
研究小組報(bào)告說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更高的速度和更高的靈敏度，向液體施加電場(chǎng)，將細(xì)菌驅(qū)動(dòng)到設(shè)備上，并重新利用細(xì)菌上的電荷。研究小組報(bào)告稱，這種被稱為介電泳的過(guò)程以前從未應(yīng)用于石墨烯基傳感器，它可能會(huì)為顯著提高石墨烯在該領(lǐng)域用于生物傳感的努力打開(kāi)大門。
伯奇說(shuō)：“我們很驚訝細(xì)菌能被電引導(dǎo)到這個(gè)裝置?！薄拔覀冋J(rèn)為這將在一定程度上減少所需的時(shí)間和注意力。相反，它的效果非常好，電場(chǎng)可以將所需的細(xì)菌濃度降低1000倍，并將檢測(cè)時(shí)間縮短到5分鐘?！?
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