项目背景

传统的生物传感技术，依靠待测分子的自由扩散运动与生物传感器表面受体相结合。然而，当实际样本中待测分子含量较低，仅通过自由扩散，运动非常缓慢，这使得待测物与受体结合可能需要花费数小时甚至数天的时间，不利于实现快速检测。

同时传统的生物检测技术需要精密昂贵的仪器进行检测，使得检测成本提高。因此，研究一种能够实现耗时短、低成本和操作简单的生物传感技术尤为重要，这也将进一步推动生物医学即时检测技术的发展。

图1  电化学生物传感分析系统

项目简介

ACEK效应是一组在非均匀交变电场作用下产生的微流控现象。它可用于诱导溶液中的微流和颗粒作定向运动，使溶液中的分析物能够快速流向生物传感器的表面，从而提高分析物与传感器表面上的探针之间的结合效率，从而大大的缩短生物分子的检测时间。由于 ACEK 效应是通过施加交流电场实现的，因此它可以实现微型化，并提供在微流控设备中调节分析物传输的能力。研究表明，溶液中粒子的 ACEK 力比布朗运动扩散等自然扩散力大得多。

本项目将ACEK效应应用于电化学生物传感器，利用交流动电技术加快溶液中分子的运动和富集，其作用原理如图2所示。

图2  ACEK效应与生物传感器的结合

基于在叉指电极上施加一定频率和电压的交流电压可以激发ACEK效应，项目利用叉指电极作为换能器件，将生物材料固定在叉指微电极上，用于捕获并与待测分子结合。再利用施加交流信号的阻抗分析仪采集电极表面由生物分子结合而产生的电容信号，这些信号通过后续的数据处理和分析，可以得到待测溶液的浓度信息。生物传感测量系统如图3所示。

图3  ACEK生物传感测量系统

项目系统基于ACEK生物传感测量技术，将DNA探针作为生物材料，通过ctDNA与探针的结合，实现了对ctDNA的检测，可应用于药物反应检测、耐药突变实时监控、术后残留检测、肿瘤早期诊断等场景。

现阶段系统已经可以实现对乳腺癌的检测。未来将扩展更多的癌症检测，助力液体活检领域向快速、低成本发展。系统检测限为 14.72pmol/L，需要的样本量仅为10μL且无需标记，检测时间2min。

图4 系统样机

技术优势

1.检测时间快：整个检测时间为2min左右。

2.低样本：仅需10μL微量分析物(100~1000个分子/μl)。

3.免标记：利用ACEK效应实现目标分子自动富集。

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