成功检测阿尔茨海默氏症和帕金森氏症的设备

接下来的步骤包括使用生物传感器测试唾液和尿液样本。
一个国际科学家团队创造了一种手持式非侵入性设备，可以检测阿尔茨海默病和帕金森病的生物标志物。这种生物传感器还可以将结果无线发送到笔记本电脑或智能手机。

该设备在患者的体外样本上成功进行了测试，其准确性可与目前最先进的方法相媲美。下一阶段涉及使用这种生物传感器对唾液和尿液样本进行实验。此外，该设备有可能用于检测各种其他医疗状况的生物标志物。

研究人员最近在《美国国家科学院院刊》杂志上发表了他们的研究结果。

该设备依赖于电气检测而不是化学检测，研究人员表示，这更容易实现，也更准确。

生物传感器由一个带有高灵敏度晶体管的芯片组成，该晶体管由单个原子厚的石墨烯层和三个电极（源极和漏极）组成，连接到电池的正负极，以流动电流，以及一个栅极电极来控制电流。

“这种便携式诊断系统将允许在家中和护理点（如诊所和疗养院）测试全球神经退行性疾病，”加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的生物工程，机械工程和材料科学教授Ratnesh Lal说，该论文的通讯作者之一。

亟需及早发现

到2060年，约有1400万美国人将患有阿尔茨海默病。其他神经退行性疾病，如帕金森氏症，也在上升。目前最先进的阿尔茨海默氏症和帕金森氏症测试方法需要脊椎穿刺和影像学检查，包括 MRI。因此，早期发现这种疾病是困难的，因为患者对侵入性手术犹豫不决。对于已经出现症状且行动不便的患者以及无法及早进入当地医院或医疗机构的患者，检测也很困难。

拉尔关注的该领域的普遍假设之一是，阿尔茨海默病是由可溶性淀粉样肽引起的，这些淀粉样肽以较大的分子聚集在一起，进而在大脑中形成离子通道。

生物传感器中硅阱的特写，底部是石墨烯基晶体管

Lal希望开发一种测试，能够非侵入性地检测β淀粉样蛋白和tau肽（阿尔茨海默氏症的生物标志物）和α-突触核蛋白（帕金森氏症的生物标志物），特别是来自唾液和尿液。他希望依靠电气检测而不是化学检测，因为他认为它更容易实施且更准确。他还想制造一种设备，可以将测试结果无线传输给患者的家人和医生。该设备是他三十年专业知识的结果，以及他与全球研究人员合作的结果，包括来自德克萨斯州和中国的这项研究的合著者。

“我正在努力提高生活质量并挽救生命，”他说。

为了实现 Lal 的愿景，他和同事们采用了他们在 COVID 大流行期间开发的一种设备来检测 SARS-CoV-2 活病毒中的刺突蛋白和核蛋白，他们在 2022 年的 PNAS 中对此进行了描述。这一突破是通过芯片小型化和生物传感器制造的大规模自动化实现的。

设备是如何制造的以及它是如何工作的
2023 年 PNAS 研究中描述的器件由一个带有高灵敏度晶体管的芯片组成，通常称为场效应晶体管 （FET）。在这种情况下，每个晶体管都由一个单原子厚的石墨烯层（GFET，G代表石墨烯）和三个电极组成——源极和漏极，连接到电池的正极和负极，以流动电流，以及一个栅极来控制电流。

连接到栅极的是一条 DNA 链，它用作与淀粉样蛋白 β、tau 或突触核蛋白特异性结合的探针。这些淀粉样蛋白与其特定的DNA链探针（称为适配体）结合，改变了源极和漏极之间的电流。该电流或电压的变化是用于检测特定生物标志物（如淀粉样蛋白或 COVID-19 蛋白）的信号。

研究小组用来自阿尔茨海默氏症和帕金森氏症已故患者的脑源性淀粉样蛋白测试了该设备。实验表明，生物传感器能够非常准确地检测这两种情况下的特定生物标志物，与现有最先进的方法相当。该设备还可以在极低的浓度下工作，这意味着它需要少量的样品 – 低至几微升。

此外，测试表明，即使分析的样品含有其他蛋白质，该设备也表现良好。Tau 蛋白更难检测。但是，由于该设备可以观察三种不同的生物标志物，因此它可以将所有三种生物标志物的结果结合起来，以得出可靠的总体结果。

该技术已从加州大学圣地亚哥分校授权给生物技术初创公司Ampera Life。拉尔是该公司的董事长，但他的研究没有得到公司的财政支持。

接下来的步骤包括使用该设备测试血浆和脑脊液，最后测试唾液和尿液样本。测试将在医院和疗养院进行。如果这些测试进展顺利，Ampera Life计划在未来五到六个月内申请FDA批准该设备。最终目标是在一年内将该设备投放市场。