血小板生長因子-BB（PDGF-BB）是一種用于識別腫瘤并且刺激癌細(xì)胞分裂和增殖的重要蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物，因此，開發(fā)一種易于讀出的具有自供電能力的快速、超靈敏、高效、實(shí)時(shí)檢測PDGF-BB的生物傳感器具有重要意義。電容器是一種重要的電化學(xué)儲能裝置，它可以存儲由酶生物燃料電池（EBFCs）產(chǎn)生的電壓和電流。因此，它作為一種綠色儲能裝置，是設(shè)計(jì)一種基于EBFC的自供電生物傳感器以提高其靈敏度的有效方法。

近期，湖南大學(xué)蔡仁教授課題組報(bào)道了一種多元信號放大的生物傳感系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測PDGF-BB，相關(guān)成果以“A self-powered biosensing system withmultivariate signal amplification for real-time amplified detection of PDGF-BB”為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志Analytical Chemistry上。

自供電生物傳感系統(tǒng)的電路圖

具體而言，研究人員設(shè)計(jì)了一種具有多元信號放大功能的自供電生物傳感系統(tǒng)，用于超靈敏、高效、快速響應(yīng)、實(shí)時(shí)檢測PDGF-BB。該生物傳感系統(tǒng)由EBFCs、電容器、數(shù)字萬用表（DMM）和計(jì)算機(jī)組成。利用雜交鏈反應(yīng)（HCR），將少數(shù)單DNA鏈轉(zhuǎn)化為豐富的雙螺旋鏈，通過靜電相互作用刺激[Ru(NH?)?]3?還原為[Ru(NH?)?]2?，對應(yīng)于HCR的“打開”狀態(tài)。因此，在這種自供電的生物傳感系統(tǒng)中，開路電壓（EOCV）顯著增加。當(dāng)PDGF-BB存在時(shí)，靶標(biāo)與適配體之間的結(jié)合相互作用，即PDGF-BB/Apt，對應(yīng)于HCR的“關(guān)閉”狀態(tài)，導(dǎo)致EOCV的降低。PDGF-BB的濃度與EOCV成反比，允許可讀、有效和精確的實(shí)時(shí)檢測PDGF-BB。該生物傳感系統(tǒng)的檢出限為0.031 pg/mL（S/N = 3）。

基于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感系統(tǒng)的瞬時(shí)電流

綜上所述，該研究設(shè)計(jì)了一種具有多元信號放大功能的自供電生物傳感系統(tǒng)，可用于超靈敏、高效、快速、實(shí)時(shí)地檢測PDGF-BB。該系統(tǒng)集成了具有高電源的EBFC、具有高儲能的電容和具有可讀和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的計(jì)算機(jī)。此外，可讀自供電生物傳感系統(tǒng)的瞬時(shí)電流信號（即114.87 μA）比單個(gè)EBFC高10.2倍（即11.25 μA），表明電容器存儲來自EBFC的電子，增加了自供電生物傳感系統(tǒng)對PDGF-BB的靈敏度。值得注意的是，PDGF-BB的分析結(jié)果很容易被計(jì)算機(jī)讀取。因此，該策略為低豐度腫瘤生物標(biāo)志物提供了準(zhǔn)確、高靈敏度的分析，并引入了一種可讀、實(shí)時(shí)檢測疾病生物標(biāo)志物的新方法。該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（22004032），湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2021JJ20020）的支持。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03662