中国水产科学研究院在可再生磁控在线检测生物芯片方面取得新进展

近日，中国水产科学研究院质量与标准研究中心（农业农村部水产品质量安全控制重点实验室）吴立冬副研究员及其研究团队研发出一种应用于原位快速检测水产品中多巴胺的可再生生物传感器，实现了鱼类脑部皮层区域神经元的多巴胺连续原位监测。该研究成果以“Regenerative Field Effect Transistor Biosensor for in Vivo Monitoring of Dopamine in Fish Brains”为题，发表在电化学传感器顶级期刊《Biosensors and Bioelectronics》（中科院1区top期刊，IF: 10.257）上。

人工智能、物联网和脑机接口等领域的快速发展，刺激着相关领域对原位智能再生传感器设备的需求，尤其是监测生物体中重要理化参数的传感芯片。目前，可再生场效应晶体管(FET)生物芯片在该领域具有巨大的应用前景，经靶特异性受体修饰的FET可以快速检测生物活性分子。鉴于此，我们研制了一种磁控灵敏度且可再生场效应晶体管(FET)生物芯片实现原位检测鱼脑中多巴胺。该芯片具有以下明显优势：第一，通过调控外界永磁铁的磁场高度，实现了调节控制生物芯片的灵敏度和检测限，为生物芯片定制化服务提供最优工艺解决方案。第二，通过去除永磁体即可实现生物芯片传感器的再生，降低了生物芯片的生产使用成本，为硅基生物芯片再生提供了可靠技术方案。结果表明，本生物芯片传感器具有优异的灵敏度和选择性，其线性范围1 μmol L−1 ~ 120 μmol L−1，最低检出限为3.3 nmol L-1，经过15次再生处理后仍具有良好的稳定性，成功应用于活体鱼类脑部多巴胺的实时在线监测。

本研究开发出的磁控生物芯片传感器是全球首个通过永磁体在线远程控制灵敏度和检测限的生物传感器，为鱼脑质量安全评价提供坚实的技术支撑。该芯片优异的检测性能、可重复利用和生产成本低廉等优势，赋予该芯片在原位检测动物脑部生物活性分子方面的广阔应用前景。

在前期研究中，吴立冬团队与魏淑华团队合作，开发了基于碳管及二维黑磷的核酸适配体场效应晶体管生物芯片（Analytica Chimica Acta, 2020；Analytica Chimica Acta, 2021）；进一步搭建了多功能磁性材料合成平台（本专利技术已许可给公司生产），研制了磁控场效应生物芯片传感系统。

硕士研究生刘娜为论文第一作者，质标中心吴立冬副研究员论文通讯作者。（全文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113340 ）。此项工作得到了中央公益性科研机构基础研究基金（2020GH09）和（2020TD75）的支持。

图1 场效应晶体管源极到漏极通过磁控Fe3O4@AuNPs纳米粒子形成磁桥

图2 生物芯片原位监测鱼脑中化学信号分子