据麦姆斯咨询报道，近日，《生物传感器与生物电子学》（Biosensors & Bioelectronics）在线刊发了华中科技大学光学与电子信息学院刘欢教授团队题为“基于胶体量子点修饰电极的SARS-CoV-2全固态蛋白生物传感器”（All-solid-state SARS-CoV-2 protein biosensor employing colloidal quantum dots-modified electrode, 2022, 202, 113974）的论文。华中科技大学为第一作者和论文通讯作者单位，刘欢教授为论文通讯作者。
当前，新冠病毒检测技术已成为事关国家安全和经济发展的关键技术和竞争高地。SARS-CoV-2抗体蛋白的血清学检测可为新冠肺炎（COVID-19）患者的现场筛查和早期诊断提供免疫学依据，同时对于新冠疫苗效力评估、群体免疫程度评价具有重要意义。SARS-CoV-2抗原蛋白检测无需复杂的样本处理，相对于核酸检测更适于对环境和人体体液样本的大规模现场筛查。
基于化学修饰电极的生物传感器具有分子识别与信号转导功能，可将新冠病毒抗原和抗体之间的特异性结合转换为易于检测的电学信号，利于实现新冠病毒的快速、精准、自动化检测。然而，抗原、抗体蛋白等生物大分子内部及界面的电子传输机制尚不明晰，制约了传感方法及技术的发展。
在本工作中，刘欢团队以实现高灵敏度、高可靠性新冠病毒检测为研究目标，提出利用量子点半导体构建蛋白分子电学标记的策略。通过对量子点蛋白电学标记方法和新冠病毒蛋白电化学行为的研究，构建出融合半导体量子效应的新型信号转导与放大机制，据此设计制备了全固态、高灵敏度、高特异性新冠病毒蛋白传感器，成功将抗原与抗体的特异性结合反应“一步法”直接转换为电学信号进行读取与定量分析。
图1：新冠病毒蛋白检测用量子点传感器及其电学标记方法示意图
刘欢团队研发的传感器对新冠病毒IgG抗体、抗原重组蛋白的检测下限均达到ng/mL级。基于血清样本的抗体检测准确率接近酶联免疫吸附剂测定（ELISA）方法，其手持式样机检测时间小于1分钟，无需复杂、耗时的样本制备，对人员、场地、设备要求都非常低，适用于大规模的现场快速检测。后续研究中，通过量子点“人工原子”的设计与调控，有助于探索生物大分子之间的长程电子传输机理，进一步认识生物大分子的结构与功能，为新冠病毒标志物的发掘与检测提供有效手段。
图2：（a）新冠肺炎患者/健康人血清样本检测曲线对比；（b）血清样本检测准确率分析；（c）传感器检测结果与ELISA方法检测结果的相关性；（d）对新冠病毒抗原重组蛋白的检测曲线与；（e）结果分析；（f）手持式检测样机。
这项研究工作得到了华中科技大学“新型冠状病毒肺炎应急科技攻关专项”的支持，是刘欢教授团队近年来在量子点传感器领域的又一项重要阶段性研究成果。在国家自然科学基金优秀青年项目、华中科技大学“学术前沿青年团队支持计划”、武汉光电国家研究中心创新研究项目、病毒学国家重点实验室开放研究基金等支持下，刘欢教授团队致力于开展高灵敏度、高可靠性、低功耗电子鼻与电子舌芯片研究，利用半导体传感技术实现人体呼出气、体液等样本中病毒和疾病标志物的发掘与检测，以期构建立体化、精细化诊断模型，为重大疾病的快检、早筛和智能预警提供新手段。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.113974
