【技术领域】
信息技术、智慧医疗
【技术背景】
疾病标志物的发现与鉴定对于疾病早期诊断、预防、治疗与预后具有重要意义，其状态的改变与疾病的发生与发展情况密切相关。基于化学修饰电极的生物传感器可将电极表面生物分子反应产生的信息直接转换为电信号加以输出，有望为癌症、传染性疾病、炎症等重大疾病的标志物检测提供快速、便捷的自动化方法。然而，抗原及抗体蛋白质等生物分子与电极界面的电荷传输机制尚不明晰，制约了这一传感技术在疾病标志物检测中的发展与应用。
【解决方案】
华中科技大学光学信息学院、光谷实验室与同济医学院附属协和医院组建“光电生化智能传感”医工交叉科研团队，提出了一种疾病标志物检测用半导体生物传感器制备方法，利用胶体量子点等半导体纳米晶构建对于蛋白质等生物分子的“电学标记”，修饰在平面三电极的工作电极表面形成全固体生物传感器，成功将抗原与抗体的特异性结合反应“一步法”转换为电信号，实现了对于有关疾病标志物的低浓度特异检测。
【应用实例】
1. 面向新冠病毒感染者快速筛查的检测需求，团队通过对胶体量子点的蛋白质电学标记构建方法与新冠病毒蛋白质电化学行为的研究，构建出融合半导体量子效应的新型信号转导与放大机制，设计并制备了全固态、高灵敏度、高特异性新冠病毒蛋白质传感器，对新冠病毒IgG抗体和抗原的检测下限达到ng mL-1级，准确率接近ELISA检测方法，配合手持式样机使用，可在1分钟内完成对血清样本的检测。
2. 膀胱癌是常见的恶性肿瘤，有发病率高、死亡率高的特点。团队利用硫化铅胶体量子点构建了膀胱癌标志物角蛋白18（CK18）抗体的电学标记，将其修饰在碳工作电极表面，研制出检测CK18抗原蛋白质半导体生物传感器，具有快速（～30 s）、高灵敏（检测下限约58 fg mL-1）的特点。进一步采用更加环境友好的硫化铋半导体纳米晶作为CK18抗体的电学标记，对CK18抗原蛋白检测下限为39 fg mL-1，线性范围为1~1000 pg mL-1，展现出应用于膀胱癌早期筛查的潜力。
3. 变应性鼻炎是上呼吸道的常见疾病，其发病原因复杂，临床客观炎症检测指标缺乏。医学研究发现嗜酸性粒细胞阳离子蛋白（ECP）作为局部标志物，对变应性鼻炎的局部炎症性质及程度的客观判断至关重要。团队利用硫化铅胶体量子点构建对于ECP抗体的电学标记，修饰在碳工作电极表面，可检出鼻分泌物样本中含量为0.508 pg mL-1的ECP。
【应用场景】
团队致力于开展高灵敏度、高可靠性电子鼻和电子舌等智能传感器与芯片研究，通过智能传感技术与生物、医学领域的交叉创新研究，实现人体呼出气及体液等样本中病毒和疾病标志物的发掘与检测，围绕核酸、蛋白质、代谢分子、细胞等多尺度标志物构建立体化、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。
【市场前景】
该成果面向体外检测市场，在低成本高通量临床诊断仪器开发和智慧医疗等方面展现出巨大潜能，有望推广于医院科室、POCT（床边检测）、社区体检、居家自检和远程医疗等医疗检测领域。
【合作方式】
技术开发、技术服务、技术许可、技术转让、作价投资、面谈等
【专家介绍】
刘欢，华中科技大学光学与电子信息学院、武汉光电国家研究中心双聘教授，光谷实验室产业教授，华中科技大学光学与电子信息学院院长助理，武汉国际微电子学院副院长。先后主持国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划重点专项青年项目、教育部新世纪优秀人才等科研及人才项目。在Nature Materials、Nature Photonics和Advanced Materials等期刊发表论文百余篇，SCI引用超过3000次，授权中国发明专利30余项。在美国材料学会年会、亚洲化学传感器会议、中国气湿敏传感技术学术交流会等国内外学术会议作邀请报告，获2017年亚洲化学传感器会议青年科学家奖。相关成果先后获得中国电子学会科技进步一等奖、湖北省技术发明一等奖和湖北省自然科学一等奖。
陈建军，华中科技大学同济医学院教授，附属协和医院耳鼻咽喉头颈外科主任医师，医学博士，硕士生导师，美国AAAAI学会成员，湖北省医师协会变态反应分会副主任委员，湖北省变态反应学会常委兼秘书。临床主攻过敏性鼻炎，儿童反复呼吸道感染及相关疾病，从事相关专业研究近20年。主持国家自然科学基金项目3项。参加国家科技部十五攻关、十一五支撑项目及省部级课题研究数项。在国内外相关领域核心期刊发表论文30余篇。
梁华庚，华中科技大学附属协和医院泌尿外科副主任医师，医学博士，硕士生导师。中华医学会泌尿外科青委会转化学组委员，《临床泌尿外科杂志》通讯编委，作为技术骨干参与国家十二五科技支撑计划和国家重点研发计划各一项，发表SCI论文10余篇。
宋博翔，华中科技大学武汉光电国家研究中心副教授，美国南加州大学电子工程博士后。
李华曜：华中科技大学光学与电子信息学院副研究员，博士生导师，华中科技大学温州先进制造技术研究院光电材料与器件实验室副主任。
【联系方式】
成果编号：CG22009
