用于实时检测血小板生长因子的自供电生物传感系统

血小板生长因子-BB（PDGF-BB）是一种用于识别肿瘤并且刺激癌细胞分裂和增殖的重要蛋白质生物标志物，因此，开发一种易于读出的具有自供电能力的快速、超灵敏、高效、实时检测PDGF-BB的生物传感器具有重要意义。电容器是一种重要的电化学储能装置，它可以存储由酶生物燃料电池（EBFCs）产生的电压和电流。因此，它作为一种绿色储能装置，是设计一种基于EBFC的自供电生物传感器以提高其灵敏度的有效方法。

近期，湖南大学蔡仁教授课题组报道了一种多元信号放大的生物传感系统，用于实时监测PDGF-BB，相关成果以“A self-powered biosensing system withmultivariate signal amplification for real-time amplified detection of PDGF-BB”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上。

自供电生物传感系统的电路图  

具体而言，研究人员设计了一种具有多元信号放大功能的自供电生物传感系统，用于超灵敏、高效、快速响应、实时检测PDGF-BB。该生物传感系统由EBFCs、电容器、数字万用表（DMM）和计算机组成。利用杂交链反应（HCR），将少数单DNA链转化为丰富的双螺旋链，通过静电相互作用刺激[Ru(NH₃)₆]³⁺还原为[Ru(NH₃)₆]²⁺，对应于HCR的“打开”状态。因此，在这种自供电的生物传感系统中，开路电压（EOCV）显著增加。当PDGF-BB存在时，靶标与适配体之间的结合相互作用，即PDGF-BB/Apt，对应于HCR的“关闭”状态，导致EOCV的降低。PDGF-BB的浓度与EOCV成反比，允许可读、有效和精确的实时检测PDGF-BB。该生物传感系统的检出限为0.031 pg/mL（S/N = 3）。

基于计算机实时监测传感系统的瞬时电流  

综上所述，该研究设计了一种具有多元信号放大功能的自供电生物传感系统，可用于超灵敏、高效、快速、实时地检测PDGF-BB。该系统集成了具有高电源的EBFC、具有高储能的电容和具有可读和实时监控功能的计算机。此外，可读自供电生物传感系统的瞬时电流信号（即114.87 μA）比单个EBFC高10.2倍（即11.25 μA），表明电容器存储来自EBFC的电子，增加了自供电生物传感系统对PDGF-BB的灵敏度。值得注意的是，PDGF-BB的分析结果很容易被计算机读取。因此，该策略为低丰度肿瘤生物标志物提供了准确、高灵敏度的分析，并引入了一种可读、实时检测疾病生物标志物的新方法。该项研究工作得到了国家自然科学基金项目（22004032），湖南省自然科学基金项目（2021JJ20020）的支持。

论文链接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03662