2007年5月3
一个桑迪亚国家实验室研究团队正在开发一种新型电化学传感器，利用独特的表面化学特性，可靠而准确地检测单个平台上数千种不同的生物分子。
这种新型生物制剂检测系统可应用于国土防卫、保卫作战人员和临床诊断。
“现有生物传感器的一个问题是，它们每次只寻找一种生物分子(DNA或蛋白质)，”研究小组成员杰森·哈珀(Jason Harper)说。“这通常会导致不准确或不确定的结果，并限制了传感器的使用。我们的传感器的不同之处在于，可以在一个芯片上测试多个生物制剂目标的多个特性。”
例如，新的桑迪亚传感器可以检测几个DNA序列以及炭疽菌特有的内部和外部蛋白质，而不是仅仅使用一种结合在炭疽孢子表面的抗体。这为目标介质或多个介质提供了大量的正读数，显著提高了对传感器结果的信心。
“对多个DNA序列和蛋白质标记的识别将有助于检测多个目标，并准确区分类似生物制剂威胁。”哈珀说。
新的桑迪亚传感器将能够在一个平台上同时检测数千个生物分子。通过在单个设备上集成抗体、DNA和其他生物分子，实验室仪器的数量、所需试剂的体积、分析的时间和有效执行数千项测试的成本都得到了降低。
桑迪亚是美国国家核安全局(NNSA)的实验室。
这个平台是一个微晶片，大小只有一英寸一英寸。微制造过程中的一些技术进步增加了传感器平台上可以生产的电极的数量。一个主要的挑战是如何将不同的生物分子绘制到紧密间隔的微米大小的电极上。研究小组认为，答案在于芳基重氮盐的电沉积。
由团队成员David Wheeler和Shawn Dirk产生的表面化学物质，与目前使用的化学物质相比，具有一些优势，Wheeler说。
惠勒说:“这种重氮基表面化学可以通过控制重氮溶液中基底的电荷选择性地沉积到几种类型的基底上。”“因为重氮分子的沉积是基于电势的应用，可以选择单个可寻址电极的图案。在沉积时，与衬底形成共价键，产生高度稳定的薄膜。”
这种化学也适用于各种各样的生物分子。DNA、抗体、酶和多肽都已经在桑迪亚利用这种化学方法被设计成阵列。
在用目标溶液处理传感器后，阵列被清洗，然后用另一种含有分子的溶液处理，这些分子与目标生物分子的另一端结合，形成一个“三明治”。这些次级标签形成被电极检测到的电活性产品。
团队成员Ronen Polsky说:“我们也在研究一种新的电化学检测方法，使用电催化纳米颗粒，我们希望这将消除额外的清洗和标记步骤。欧洲杯猜球平台这将大大简化终端设备。”
美国化学学会(American Chemical Society)最近在朗缪尔(Langmuir)发表了一篇文章，介绍了其中的一些工作。重氮化学用于选择性沉积酶辣根过氧化物酶，然后使用电化学检测过氧化氢。
电化学检测与其他常见的光学生物传感器相比具有许多优点。通过消除光学和使用半导体微阵列，终端设备更小，更坚固，设计更简单。
最终，传感器阵列将集成到可部署的电化学传感器中，该传感器将具有识别检测到的生物分子的电子读数，或将结果无线传输到计算机或网络。Ronen说，要达到这个目标需要2到5年的时间。
哈珀说，目前该项目中的传感器阵列允许对9种生物分子进行选择性识别。然而，这项工作引起了商业传感器公司的兴趣。Sandia团队最近前往西雅图，在CombiMatrix公司生产的一种商用阵列上测试他们的表面化学性能。CombiMatrix公司专门生产半导体阵列，在不到一平方英寸的面积内，有超过12,000个独立可寻址电极。
“该团队成功地将肽配体从12544个电极阵列中复制到2151个单个电极上，”项目首席研究员Susan Brozik说。“蛋白质生物检测在图案电极上产生的电化学信号形成了桑迪亚雷鸟标志和CombiMatrix标志。”
由于这一初步成功，Sandia和CombiMatrix正在寻求一项合作研发协议(CRADA)，以进一步开发一种传感器，使用Sandia的表面化学和CombiMatrix的电极阵列，最终同时测试数千个生物分子。这项研究的资金由桑迪亚的内部实验室指导研究和发展(LDRD)计划、国家测量和签名情报研究联盟(MASINT)提供，这是国防情报局的一个计划，旨在促进学术界、工业界、实验室和能源部之间的合作研究。CombiMatrix由美国国防威胁减少局资助。