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更新日期:110年10月20日

本校陳逸聰教授研究團隊製備靈敏快速的奈米級血糖監控新利器刊登於《Nano Today》期刊

糖尿病是常見的代謝疾病,對患者的生活品質影響甚鉅,及早發現與有效醫療,攸關著糖尿病的治癒療效。本校化學系陳逸聰教授研究團隊,和馬偕紀念醫院的陳志揚與陳則豪兩位醫師,以及陽明交通大學許世宜教授的理論計算團隊合作,利用SELEX(即systematic evolution of ligands by exponential enrichment)方法(圖一)篩選出一全新的具有40個鹼基的單股DNA適體(aptamer,簡稱為AptGP,圖二),對人體血液內的糖化血紅蛋白A1c(hemoglobin A1c,縮寫為HbA1c)具有很強的親和力。AptGP是結合HbA1c的β鏈的N端糖化肽(即Fru-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-COOH,簡稱為 glycated peptide (GP))成為GP-AptGP複合體,其在磷酸鹽緩衝生理鹽水(phosphate buffered saline,簡稱PBS)中的解離常數為Kd = 1.1 ± 0.1 nM。許世宜教授的研究團隊更進一步利用分子動力學模擬,計算出GP-AptGP複合體的立體結構(圖三)。

將此適體修飾於矽奈米線場效電晶體(silicon nanowire field-effect transistor,簡稱SiNW-FET)製成生物感測器(biosensor),可非常靈敏、快速、精準地偵測血液內的HbA1c濃度。SiNW-FET是以半導體之矽奈米線做為電荷通道所構築而成的場效電晶體,團隊設計的SiNW-FET是由數百條矽奈米線(每條矽奈米線之直徑僅~20 nm)以彼此近乎平行的連接在梳狀交錯的電極間(圖四,相鄰之源極與汲極的間距為3 μm),此SiNW-FET元件對外加電場,具有極高響應的靈敏度。將上述AptGP及聚乙二醇(polyethylene glycol,簡寫為PEG)依一定數量比例,以化學鍵結合方式修飾在SiNW-FET上(簡稱為PEG:AptGP/SiNW-FET),即可測量人體血液樣品中的HbA1c濃度。此量測結果不但與傳統毛細管電泳法量得的結果相吻合,更具有快速偵測、性價比高、可製備成便攜式感測器的優勢。

利用PEG: AptGP/SiNW-FET偵測血液中的HbA1c濃度,無需將血液進行脫鹽等預處理。此外,PEG: AptGP/SiNW-FET在偵測HbA1c濃度時有極靈敏的「線性工作範圍」(1 μM至10 nM),因此血液樣品需先用PBS稀釋100至10,000倍;換言之,極小量的血液樣品即可送驗。試想,將一滴血(體積約0.01 cc)稀釋10,000倍後,即有100 cc的容量,而我們僅需取其中之1 cc來測量HbA1c濃度。依此類推,如果在SiNW-FET上修飾不同的探測分子(probe molecules),以偵測不同疾病的標誌物(biomarker),使用這種奈米級生物感測器便能真正實現「一滴血驗百病」的目標。

研究成果全文:Detecting glycated hemoglobin in human blood samples using a transistor-based nanoelectronic aptasensor

將於2021年12月刊登於《Nano Today》:https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101294

  • 圖1

    圖一:藉由磁珠輔助的SELEX方法,篩選對HbA1c之糖化肽具有結合力的DNA適體。

  • 圖2

    圖二:經SELEX篩選,與HbA1c之糖化肽結合的適體為一具有40個鹼基之單股DNA。

  • 圖3

    圖三:利用分子動力學模擬以計算HbA1c之糖化肽與DNA適體之相互作用,以及結合後之複合體的立體結構。

  • 圖4

    圖四:製備偵測HbA1c之生物感測器的過程中,在奈米線場效電晶體元件上進行化學修飾;將此生物感測器連結一鎖相放大器,即可偵測血液樣品中之HbA1c濃度。

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