研究人員發(fā)明了一種新的納米光學(xué)生物傳感器 可用來檢測癌癥

生物傳感器是重要的診斷設(shè)備，必須是快速、廉價和易于使用的。如果生物傳感器外形緊湊，可自主操作，那么從醫(yī)生到病人本身都可以使用，這樣一來價值就非常高。大多數(shù)光學(xué)生物傳感器需要寬范圍的光色作為基礎(chǔ)（像彩虹一樣）才能可靠地運行，對寬范圍光色的需求使傳感器變得笨重、昂貴和更加復(fù)雜。

今天的大多數(shù)生物傳感器需要一個光譜儀來從每種光色中提取最精確的數(shù)據(jù)，從而限制了它們的使用。EPFL的科學(xué)家們提出了一個新的概念，允許單一的光色作為一個簡單的成像檢測器來操作。盡管只使用單一顏色的光，但該系統(tǒng)提供了極其精確的生物感應(yīng)信息，就像整個彩虹色的光照亮了傳感器一樣。

新的生物傳感器使用了兩種特定的功能，包括納米光子學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)。芯片本身是由硅制成的納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成。納米結(jié)構(gòu)硅表面具有100納米左右的特征，可以更有效地在生物樣品/芯片界面上捕獲光線。這使得生物傳感器對生物標(biāo)志物的存在極為敏感，導(dǎo)致入射光特征的明顯變化。

該特征是被稱為光強(qiáng)度的收集光的 "量"的變化。通常情況下，照相機(jī)連續(xù)接收通過生物芯片的光，從生物芯片上獲取數(shù)百萬圖像像素的強(qiáng)度信息。附著在生物芯片上的納米結(jié)構(gòu)上的生物標(biāo)記物和強(qiáng)度變化圖像是由每個像素的誘導(dǎo)強(qiáng)度變化以非常高的分辨率編制而成。

研究人員利用數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)與預(yù)先記錄的性能圖相結(jié)合，處理來自大量像素的光強(qiáng)度信息。該系統(tǒng)考慮每個像素的效率，并以集體方式調(diào)整其對最終讀數(shù)的貢獻(xiàn)。研究人員將這一過程比喻為在收到一群專家的意見后，通過仔細(xì)權(quán)衡他們在該領(lǐng)域的知識，做出一個可靠的結(jié)論。

該項目的科學(xué)家們創(chuàng)建了一個演示，使用新的生物傳感器進(jìn)行癌癥診斷，檢測腫瘤外顯子，這是早期癌癥的生物標(biāo)志物。該團(tuán)隊確定，基于圖像的生物傳感器可以在廣泛的檢測范圍內(nèi)實時監(jiān)測乳腺癌外顯子，使其對健康和生病的人都具有臨床意義。