由于血源性病原体引发的许多危及生命的医疗状况(如败血症)无法准确，快速地检测出来，无法开始正确的治疗方案。对于已经被未知病原体感染并发展为败血症的患者，每隔一小时无法施用有效的抗生素会大大增加死亡率，因此时间至关重要。

快速诊断败血症的挑战源于这样的事实，即仅测量一种生物标志物常常无法进行明确的诊断。数十年来，工程师们一直在努力以高特异性和高灵敏度对即时医疗点(POC)诊断应用同时定量全血中的多种生物标志物，因为这可以避免耗时且昂贵的血液处理步骤，因为在这些步骤中可能会丢失信息性生物标志物分子。

现在，由Wyss创始董事Donald Ingber博士和Wyss高级研究员Pawan Jolly博士领导的哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和英国巴斯大学的多学科团队。进一步开发了研究所的eRapid技术，将其作为一种基于亲和力的低成本电化学诊断传感器平台，用于对全血中临床相关的生物标志物进行多重检测。该设备使用了一种新颖的基于石墨烯纳米复合材料的表面涂层，并被证明可以同时准确地检测出三种不同的败血症生物标志物。研究结果发表在《高级功能材料》上。

“在这项研究中，我们朝着在临床环境中部署电化学传感器平台迈出了重要的一步，以快速，灵敏地检测人类全血中的多种分析物。由于我们在这里开发的纳米复合涂层价格便宜，因此具有改变点的潜力。护理诊断不仅可以测试败血症生物标志物，而且还可以将更广泛的生物标志物进行组合测试，以报告多种疾病和状况的状态，” Wyss Institute的负责人Ingber说。生物启发的治疗和诊断平台，哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及SEAS生物工程学教授。

Ingber，Jolly和他们的Wyss团队目前还在开发eRapid电化学传感器，该传感器采用了新设计的基于石墨烯的纳米复合涂层，作为COVID，脑外伤，心肌梗塞和许多其他疾病的即时诊断的关键组成部分。

通过开发他们的电化学败血症传感技术，Ingber的团队建立在《自然纳米技术》上发表的早期工作的基础上，他们利用eRapid技术解决了电化学传感元件的“生物污染”问题。从理论上讲，电化学生物传感器将是许多临床应用的首选，因为它们能够通过将生物标志物的结合事件直接转换为电子信号来量化生物样品的含量，并且功耗低，成本低，并且易于与诊断读取器集成。但是，尤其是在使用全血时，许多血液成分非特异性地结合到传感器电极的表面涂层上，并导致其降解以及以虚假信号形式出现的电噪声。

该团队的eRapid技术为电极使用了一种新型的防污纳米复合涂层，该涂层上附着了结合试剂，该结合试剂可以从少量血液和其他复杂生物流体中捕获生物标志物分子。在以高灵敏度和选择性化学检测到这些生物标记分子中的任何一个之后，eRapid平台在电极上产生电信号，该电信号的强度与检测到的目标分子的水平相关。最初的纳米复合材料涂层可将化学信号极佳地转换为电信号，并依靠嵌入在被称为牛血清白蛋白的交蛋白基质中的微小导电金纳米线。但是，金材料的高成本一直是将eRapid商业化用于临床应用的主要障碍。

“在我们的高级eRapid版本中，我们用具有抗污垢和电化学性能的氧化石墨烯纳米薄片代替了涂层的金纳米线，但是它们便宜得多，并且可以进行更灵敏的测量。实际上，制造纳米复合材料的成本是降低到原始成本的一小部分，再加上传感技术的速度，效率和多功能性，将使eRapid平台立即产生商业影响。”

在针对炎性细胞因子白介素6的结合测定中优化并表征了其纳米复合涂层后，该团队将其应用于败血症的诊断。实质上，通过将抗体分子附着到与降钙素(PCT)结合的涂层上，并向与酶连接的复合物添加第二种PCT特异性抗体，从化学底物形成沉淀物并沉积在涂层上。这改变了到达电极的电子电流，并有助于将PCT结合事件记录为电子信号。

第一作者UrošZupančič说：“我们证明了这种电化学传感器元件可以在全血中高精度检测PCT，并通过量化21种临床样品中的PCT水平并将其直接与常规ELISA测定法进行了比较，从而进行了验证。 ，他是巴斯大学Ingber小组的访问学者。Zupančič是一名博士学位。这项研究的共同作者，巴斯大学的讲师Despina Moschou博士以及该大学的生物传感器，生物电子学和生物设备中心副教授Pedro Estrela博士指导了该候选人。 。

然后，该团队通过设计C反应蛋白，另一种脓毒症生物标志物和病原体相关分子模式(PAMP)的传感器元件，扩展了他们的方法，以同时检测多种脓毒症生物标志物。PAMP传感器元件特别利用Wyss Institute的广谱病原体捕获技术，该技术使用一种名为FcMBL的基因工程蛋白质，该蛋白质结合了100多种不同类别的病原体，以及其表面上的分子，当病原体释放时会释放到血液中。被杀死(PAMP)，并触发脓毒症级反应。

“在单个芯片上组装三种生物标志物的专用电化学传感器元件可以以不同的浓度存在于血液中，这是一个巨大的挑战。但是，最终传感器中的这三种元件在临床上有意义的范围内表现出特异性反应而不会互相干扰，他们这样做的周转时间为51分钟，可以满足第一小时内败血症诊断的临床需求。”Zumpančič说道。

为了使当前的eRapid技术对临床样品分析更加有效和有用，该团队将其与微流体系统集成在一起，该系统去除了在实验室中处理传感器所涉及的人为因素，并增加了其表面生物标志物结合事件的数量。 。这使得利用系统自动进行生物标志物分析成为可能，并使研究人员能够将测量PCT的周转时间减少到7分钟。

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