新的纳米光学生物传感器 可用来检测癌症

  生物传感器是重要的诊断设备,必须是快速、廉价和易于使用的。如果生物传感器外形紧凑,可自主操作,那么从医生到病人本身都可以使用,这样一来价值就非常高。大多数光学生物传感器需要宽范…

  生物传感器是重要的诊断设备,必须是快速、廉价和易于使用的。如果生物传感器外形紧凑,可自主操作,那么从医生到病人本身都可以使用,这样一来价值就非常高。大多数光学生物传感器需要宽范围的光色作为基础(像彩虹一样)才能可靠地运行,对宽范围光色的需求使传感器变得笨重、昂贵和更加复杂。

  今天的大多数生物传感器需要一个光谱仪来从每种光色中提取最精确的数据,从而限制了它们的使用。EPFL的科学家们提出了一个新的概念,允许单一的光色作为一个简单的成像检测器来操作。尽管只使用单一颜色的光,但该系统提供了极其精确的生物感应信息,就像整个彩虹色的光照亮了传感器一样。

  新的生物传感器使用了两种特定的功能,包括纳米光子学和数据科学技术。芯片本身是由硅制成的纳米结构构建而成。纳米结构硅表面具有100纳米左右的特征,可以更有效地在生物样品/芯片界面上捕获光线。这使得生物传感器对生物标志物的存在极为敏感,导致入射光特征的明显变化。

  该特征是被称为光强度的收集光的 “量”的变化。通常情况下,照相机连续接收通过生物芯片的光,从生物芯片上获取数百万图像像素的强度信息。附着在生物芯片上的纳米结构上的生物标记物和强度变化图像是由每个像素的诱导强度变化以非常高的分辨率编制而成。

  研究人员利用数据科学技术与预先记录的性能图相结合,处理来自大量像素的光强度信息。该系统考虑每个像素的效率,并以集体方式调整其对最终读数的贡献。研究人员将这一过程比喻为在收到一群专家的意见后,通过仔细权衡他们在该领域的知识,做出一个可靠的结论。

  该项目的科学家们创建了一个演示,使用新的生物传感器进行癌症诊断,检测肿瘤外显子,这是早期癌症的生物标志物。该团队确定,基于图像的生物传感器可以在广泛的检测范围内实时监测乳腺癌外显子,使其对健康和生病的人都具有临床意义。

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