新型高灵敏度检测器可以帮助在早期阿尔茨海默氏症的诊断

新型高灵敏度检测器可以帮助在早期阿尔茨海默氏症的诊断
图1:晶体管的总体视图部分的传感器,包括液体层。的电流流经源极和漏极之间的液体是由电压最高的门。离子液体,如盐水都是电的良导体。来源:国家标准

主要嫌疑犯在老年痴呆症和帕金森疾病的发病通常是一个温和的酶,这种酶是必要的适当的神经系统的发展。然而,在某些情况下,其化学结构变化和流氓,导致神经破坏伴随痴呆。

世界各地的研究人员正在调查这种酶,称为Cdk5,了解其动态和最终找到方法来减轻或消除其损害。现在科学家在国家标准与技术研究院(NIST)和他的同事们设计了一个小说,高度敏感的系统实时跟踪Cdk5的活动有超过10倍比以前更大的敏感性。

”这种技术的敏感性可以启用一个新类的测试可以让早期发现神经系统疾病如阿尔茨海默病最初症状出现前几年甚至几十年,”研究员哈瑞Pant说国家卫生研究院(NIH)。“重要的是,这样的诊断测试可以使用血液或非侵入性,使血小板。”

看标签

“研究这些分子的传统方法包括标签生物学科与放射性或荧光示踪剂,“NIST研究员Arvind Balijepalli说一起开发新系统的儿子勒,NIST Curt里克特,和裤子。他们在线杂志上报道了他们的发现纳米级

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图片2。传感器有一个第二,底门(VB)除了门(VT)。底部栅电压可以向上或向下调整,影响电流的数量在顶层。来源:国家标准

“今天测量Balijepalli说,“你把你的酶及其底物(生化目标)在试管中,孵化它们一起特别标记的化学物质,然后计算出来的放射性排放或闪光。整个过程可能需要半天。分子,它需要昂贵,专门处理和放射性物质的预防措施。”

该方法给出了一个整体的迹象多少总活动发生在一段时间。

电压的足迹

“但我们的系统,基于一个晶体管结构,不需要标签和措施酶作用数千次,“儿子勒说,“我们可以看信号改变。给了我们两个酶的动力学信息沿途以及静态信息当流程到达稳定状态。”

系统通过跟踪的生化活动作为Cdk5胡作非为。酶场判若两人的行为是因为环境因素、遗传学和衰老导致失去部分亚基通常抑制其活动的有序转移phosphorous-and-oxygen组(磷酸盐)神经的客户。

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图片3。外的晶体管,Cdk5酶放置在试管中随着ATP(三磷酸腺苷,生命的本源能量货币)和Cdk5的衬底(生物目标)。随着酶做它的工作,它使带正电的质子,改变的电子状态的解决方案。来源:国家标准

但当Cdk5监管分解,它会活跃,开始不分青红皂白地将磷酸基转移到蛋白质,导致一连串的破坏性的细胞活动。这样做,它留下了足迹:每次Cdk5手一个磷酸基,它还发布一个或多个自由质子。带正电的质子积累,增加周围流体的酸度。质子释放越多,越强烈Cdk5是有效的。

液体门

测量活动,研究人员设计了一个开口晶体管(详情,见插图)大门顶部覆盖着一滴一个特殊的导电液体,夫妻大门顶部电荷如与质子。液体是由电线连接到一个单独的小试管中含有管制Cdk5和选定的衬底。

随着质子携带正电荷数量的积累在试管,试管中溶液之间的电势和液体门变化。电压,进而影响多少电流从晶体管的源漏。

设备设计工作在恒流,由一个反馈不断监控装置。当电压的改变液体门口occurs-changing当前流反馈控制器发送一个电压到一个第二,实心门底部的晶体管补偿并保持当前的常数。门底部的电压是系统的输出信号。

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图片4。试管的解决方案是电连接到晶体管门(VT)。由于正电荷的累积的解决方案,改变电压的连接顶部门。越是质子在解决方案,目前在源和排水之间的移动。来源:国家标准

“这种安排作为放大器,Curt里克特解释说。“虽然只有一个微小的电压变化在上面门影响电流,门底部,有厚二氧化硅层,有效的要少得多。因此,大约需要100倍的电压门底部保持常数current-giving我们放大信号,更容易测量。举个例子,如果我们得到的是100,1毫伏(1000伏特)改变顶部需要100毫伏的底部。”

其他团体进行开口配置反馈控制器。但新系统的一个独特的特性是其显著增加灵敏度和电子电路,使监测变化,以毫秒为单位。

试管

非常好的时间分辨率,Balijepalli说,“给我们详细的信息关于这些复合物形成和相互作用的机制是什么。这可能是重要的理解为什么疾病出现在第一位。我们可能不知道没有很短的动力是重要的测量时间间隔。”

这样的信息将被研究人员希望开发药物的关键“重整”Cdk5,从而防止破坏性的瀑布。

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图片5。自动反馈系统不断改变底部门(VB)的电压,电流的晶体管保持不变。底导坑电压变化提供一个衡量Cdk5的解决方案。来源:国家标准

Balijepalli说,“在这个阶段,我们想看看我们是否可以使用该药品研发平台。我们在国家卫生研究院的同事有很多经验在构建蛋白质疗法。他们感兴趣的测试这些药物的疗效和理解他们的行动的机制。我们相信这个平台可以使这些事情。”

“进一步,我们的目标是移动的,看看是否有应用程序在临床诊断疾病的早期检测,”哈瑞说NIH的裤子。”,因为这些测试可以迅速,他们可以用来监控患者神经系统疾病家族史的从小检测酶活性表现细微变化。如果这样的诊断工具开发,它将从根本上改变这些疾病的治疗和管理方式。”

然而,在短期内,团队将致力于改善机制,可以加速技术的采用。“液体盖茨很好,他们给我们高灵敏度,但很难大规模生产,“Balijepalli说。“很难想象这样容易被商业包装。的一个领域,我们想追求是我们如何搬回100%固态设备,同时保持一些使用液体盖茨的优点。”


进一步探索

新设计减少纳米线晶体管的区域碳足迹的两倍

更多信息:儿子T Le et al。量子Capacitance-Limited二硫化钼生物传感器启用远程Label-Free酶测量,纳米级(2019)。DOI: 10.1039 / C9NR03171E
期刊信息: 纳米级

引用:新型高灵敏度检测器可以帮助早期阿尔茨海默氏症诊断(2019年8月8日)2022年6月28日从//www.puressens.com/news/2019-08-high-sensitivity-detector-aid-early-alzheimer.html检索
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