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哈尔滨工业大学:研发三维水凝胶-石墨烯自过滤生物传感器实现急性心梗即时即地筛查

2022-05-18
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摘要 该构型将超浸润多孔水凝胶、核酸适配体与石墨烯场效应管有机结合,利用高稳定性、高特异性的核酸适配体解决了抗体稳定性较差的问题

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【哈尔滨工业大学:研发三维水凝胶-石墨烯自过滤生物传感器实现急性心梗即时即地筛查】

急性心肌梗死(AMI)是我国致死率最高的疾病之一,约每20秒就有一名中国人死于急性心梗。AMI的诱因包括高血压、高血脂、过劳、烟酒、情绪激动、暴饮暴食、睡眠不足等等,高风险人群范围极大。与此同时,AMI对抢救时间极为敏感,通常发病6小时以内的救治最为有效。然而由于症状十分复杂,包括牙痛、头疼、肩胛骨疼痛甚至脚底疼痛等等都有可能是急性心梗的征兆,而其诊断仍然需要在大型医院进行血液化验和心脏彩超,流程复杂耗时长,同时造成了大量急性心梗患者因“怕麻烦”而耽误了治疗。基于以上因素,近年来我国AMI病例出现了年轻病例比例上升、非典型症状病例上升、死亡率上升等趋势,统计数据显示,从2002年起15年时间里,城市AMI死亡率上升了362%。

针对AMI最为理想的筛查方式应该是可以在任意时间、任意地点,快速获得结果。如果患者可以像使用家用血糖仪一样随时随地通过一滴血快速筛查AMI风险,可预见将极大的降低AMI致死的风险。然而虽然人体血液中含有针对AMI有着极高特异性的蛋白标志物(如心肌肌钙蛋白cTnI等),但是针对目前针对这些标志物的检测存在以下困难:1. 检测方法大多基于抗体,而抗体本身具有活性,其存储、使用往往需要较为严苛的医学环境,当储存温度过高时将很容易造成抗体失活,导致传感器失效。2. 检测流程中需要对血液进行预处理,以排除血液中大蛋白分子、脂类等对敏感过程的干扰。以上两点困难使得目前针对AMI的检测、筛查只能在较为完备的医疗环境中进行,而无法实现即时即地筛查或检测。

针对这些问题,哈尔滨工业大学潘昀路教授课题组近日提出了一种水凝胶-石墨烯三维生物传感器构型。该构型将超浸润多孔水凝胶、核酸适配体与石墨烯场效应管有机结合,利用高稳定性、高特异性的核酸适配体解决了抗体稳定性较差的问题;利用超浸润多孔水凝胶的自过滤、自清洁功能解决了血液中大分子蛋白和脂类对石墨烯敏感表面的影响;利用石墨烯场效应管实现了对表面微量蛋白浓度变化的高效敏感。与此同时,水凝胶-核酸适配体三维敏感层实现了敏感区域的三维化,一方面增强了传感器的整体增益,同时可通过控制三维敏感层厚度来调整传感器整体性能,使其在关键浓度区域具有较高的敏感能力。

具体而言,该传感器具有1)超浸润自过滤自清洁能力,水凝胶复合层使用丙烯酰胺单体和单链DNA适配体探针聚合形成三维‘海绵状’的孔隙结构,可以在特异性捕捉目标疾病标志物的同时通过其超亲水水下超疏油的超润湿特性和孔隙结构阻隔样本溶液中的非目标分子,从而成功地抑制石墨烯表面非特异性吸附对传感器响应信号的干扰,同时其自清洁能力使得敏感层极易清洗,便于重复使用;2)三维生物敏感性,可通过在高度维度上的叠加提高生物传感器的响应信号强度;3)高稳定性,可在加热80摄氏度半小时后仍然保持性能。

在此基础上,该课题组开发了急性心梗快速筛查装置,可实现像家用血糖仪一样,通过测量一滴血判定心梗风险,通过初步临床试验发现,该装置可在7分钟内判定全血样本是否为高风险样本,准确率高达94%,由于该装置兼具高稳定性,小巧方便等特点,可应用于家庭、社区对急性心梗的即时、即地快速筛查,有望大幅降低急性心梗的致死率。

该生物传感器构型克服了使用石墨烯等高灵敏度材料作为导电沟道的传感器难以在真实人体体液中进行检测的问题,可通过更换核酸适配体实现对更多疾病标志物的检测,且可通过调整核酸适配体浓度、三维敏感层厚度等方式调整传感器敏感特性使其在临界阈值浓度附近具有较高的灵敏度和增益,有望促进石墨烯生物传感器在个人医疗健康领域的进一步发展。


传感动态

【广州:国内首个宽禁带半导体 全产业链在穗完成布局】

 宽禁带半导体再添新项目!昨日,广州南沙举行第二季度重大项目集中签约暨芯粤能碳化硅芯片制造项目主体工程封顶活动。本次活动上,广东“强芯工程”重大项目、目前国内唯一一家专注于车规级、具备规模化产业聚集及全产业链配套能力的碳化硅芯片制造项目芯粤能有限公司实现主体封顶,9个半导体产业相关项目现场签约,涉及总投资300亿元,达产年产值630亿元。

目前,南沙新区为国内首个实现宽禁带半导体全产业链布局的地区。近年来,南沙引进培育芯粤能、芯聚能、晶科电子、联晶智能、南砂晶圆等一批龙头企业,初步形成了覆盖宽禁带半导体设计、制造、封测、材料全产业链完整生态,半导体产业“芯芯”向荣,实体经济根基有力夯实。


瑞萨电子:将投资近900亿日元增产功率半导体】

财联社5月18日电,日本瑞萨电子17日发布消息称,将投资约900亿日元增产用于电力控制的功率半导体。瑞萨将为2014年10月关停的甲府工厂引入新的制造设备,使用300毫米直径晶圆进行量产。瑞萨此前一直使用150-200毫米直径晶圆量产功率半导体,此次是首次支持大尺寸晶圆。瑞萨将于2024年上半年开始试产,2025年开始以汽车用途为中心进行正式量产,把产能提高到两倍。


【富士康:将投资数十亿美元在马来西亚建芯片工厂】 

财经网科技5月18日讯,据新浪科技消息,富士康计划在马来西亚建立一座芯片制造工厂,以满足电动汽车用半导体的旺盛需求。

富士康通过一家子公司,与马来西亚科技公司Dagang NeXchange Berhad签署了一份谅解备忘录。双方拟成立了一家合资企业,在马来西亚建造和运营一座12英寸芯片工厂。

计划中的马来西亚工厂预计每月生产4万片晶片,包括28纳米和40纳米工艺,这也是微控制器、传感器、驱动器集成电路和连接相关芯片(包括Wifi和蓝牙)最广泛使用的芯片生产技术。当前,台积电、联华电子(United MicroElectronics Corp)和中芯国际等主要芯片制造商都在扩大28纳米芯片的产能。

马来西亚工厂的确切位置和投资规模尚未公布。但芯片行业高管预计,根据计划中的产能和涉及的技术,该项目的资本支出可能在30亿至50亿美元。


【英飞凌:一季度积压的芯片订单金额已达370亿欧元,只有75%的订单能在一年内交货】

5月17日消息,据《日经亚洲评论》昨日报导,全球芯片大厂英飞凌(Infineon Technologies AG)首席营销官Helmut Gassel接受采访时表示,目前整体环境比去年更具挑战性、消费者信心下滑,个人电脑、电视和智能手机相关需求正在减弱。另一方面,结构性驱动因素导致汽车、工业、可再生能源和智能设备需求非常强劲,特别是电动车(EV)、可再生能源将为芯片业创造出新的需求。

5月17日消息,据《日经亚洲评论》昨日报导,全球汽车芯片大厂英飞凌(Infineon Technologies AG)首席营销官Helmut Gassel接受采访时表示,目前整体环境比去年更具挑战性、消费者信心下滑,个人电脑、电视和智能手机相关需求正在减弱。另一方面,结构性驱动因素导致汽车、工业、可再生能源和智能设备需求非常强劲,特别是电动车(EV)、可再生能源将为芯片业创造出新的需求。

据介绍,包括尚未确认的订单在内,2022年1-3月英飞凌积压的订单金额从去年四季度的310亿欧元增长了19.4%至370亿欧元。Helmut Gassel指出,这些订单当中超过五成是汽车相关产品,75%的订单在未来12个月内才能交货,积压订单显然远超出英飞凌的交付能力。他表示,整体而言,晶圆代工厂商产能仍远低于整体需求。

英飞凌COO Jochen Hanebeck在5月9日也表示,减碳、数字化将在未来10年深刻改变人类所处的世界,英飞凌正积极驱动此一变化,同时抓住这些机会来创造有利可图的成长。

英飞凌表示,依据1欧元兑换1.10美元(原先为1.15美元)的汇率来推算,2022年度营收预估值自130亿欧元(加减5亿欧元)上修至135亿欧元(加减5亿欧元)。


传感财经

【5月17日传感财经分析:图像传感器概念报涨,韦尔股份领涨流量传感器概念报跌,*ST威尔领跌;医疗传感器概念报涨,韦尔股份领涨】

5月17日盘后,图像传感器概念报涨,韦尔股份领涨,新北洋、力源信息、北京君正等跟涨。

5月17日盘后,流量传感器概念报跌,*ST威尔领跌,科陆电子、汇中股份等跟跌。

5月17日盘后,医疗传感器概念报涨,韦尔股份领涨, 晶方科技、北京君正等个股纷纷跟涨。


 相关医疗传感器概念股有:

(1)、韦尔股份:近7个交易日,韦尔股份上涨5.29%,最高价为140.16元,总市值上涨了68.66亿元,2022年来下跌-109.76%。

(2)、晶方科技:在近7个交易日中,晶方科技有3天上涨,期间整体上涨7.14%,最高价为31.73元,最低价为27.77元。和7个交易日前相比,晶方科技的市值上涨了8.82亿元。

(3)、北京君正:在近7个交易日中,北京君正有5天上涨,期间整体上涨9.76%,最高价为81.68元,最低价为69.8元。和7个交易日前相比,北京君正的市值上涨了36.98亿元。



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