纳米生物传感中心：推动纳米技术与中医药深度融合创新
2023年，纳米生物传感中心围绕“中医药+纳米”，不断融合创新，深入开展纳米生物传感技术在疾病早期诊断以及中医药领域的应用创新研究，在针灸传感研究方向不断取得新成果，进一步提升纳米生物传感中心在国内外的影响力。
一、突破性成绩
1. 国际影响力进一步提升。张国军教授入选美国斯坦福大学发布的2023年度全球前2%顶尖科学家“年度影响力排行榜”和“终身科学影响力排行榜”榜单。
2.科研水平向“高、精、尖”发展。团队全年发表SCI论文14篇，其中中科院1区9篇，1篇影响因子大于10；获批各类科研项目11项，经费总额达336万；获国家发明专利3项。
3. 校院融合更加紧密。团队与附属医院针灸科、骨科、肝病科、肥胖专科、检验科等开展深入科研合作，召开了“交叉学科学术沙龙活动”，合作课题稳步推进。
4. 人才队伍不断壮大。从深圳大学全职引进周洁副教授，入选湖北省“楚天学者计划”。
5. 研究生培养质量不断提高。团队研究生在全国和省级以上学术会议上作口头报告8场，2022级博士生李加好获全国检验医学学术会议“研究生学术擂台赛”第一名、2023中国生物医学工程大会暨创新医疗峰会青年优秀论文竞赛一等奖、2023年浙江大学“生物医学传感与检测”全国博士生学术论坛中获口头报告二等奖。2023级博士生肖玲获湖北省分析化学年会研究生报告一等奖、2024第二届纳米光电材料与半导体器件发展论坛“研究生学术新锐奖”。
二、创新性工作
1. 碳纳米管场效应晶体管生物传感研究取得新突破。团队构建了一种与智能便携式读出器集成的即插即用式碳纳米管场效应晶体管(CNT-FET) 生物芯片。芯片与引入了G-三链体结构报告子的改良版CRISPR/Cas12系统相结合，实现了心肌肌钙蛋白I (cTnI) 的超灵敏和现场检测。这一CNT-FET生物传感器有望在心肌损伤早期及时发出警报，且芯片读出器可作为现场部署的cTnI 分析工具，在床旁检测（POCT）场景中实现急性心肌梗死患者 “从血浆到应答”的性能，相关技术有望帮助临床医生更快作出决策。研究成果以“Plug-and-Play Smart Transistor Bio-Chips Implementing Point-of-Care Diagnosis of AMI with Modified CRISPR/Cas12a System”为题发表于Elsevier出版社旗下的国际权威期刊《Biosensors and Bioelectronics》（中科院I区Top期刊，2022年影响因子为12.6）。为解决聚合物分选的碳纳米管难以修饰的问题，团队采用生物兼容性好的多聚赖氨酸修饰碳纳米管并构建CNT FET生物传感器，该传感器能够通过比较外泌体MUC1的表达水平，从健康个体中识别乳腺癌患者，为癌症早期检测提供一种新方法。研究成果以“”Functionalized carbon nanotube field-effect transistor biosensor for highly sensitive detection of exosomal protein”为题发表于Elsevier出版社旗下的国际权威期刊《Analytica Chimica Acta》（中科院1区）。此外，团队还构建了一种石墨烯量子点功能化的碳纳米管生物传感器用于临床血液样本内毒素的检测，研究成果发表于中科院1区期刊《Talanta》。
急性心肌梗死诊断装置示意图
2. 石墨烯场效应晶体管生物传感研究取得新进展。阿尔茨海默症(AD)是最常见的一种痴呆类型，Aβ42是AD的核心生物标志物，脑脊液(CSF) Aβ42的检测在临床早期即可对AD患者进行有效诊断，然而脑脊液分析受限于侵入性的腰椎穿刺取样，不适于广泛应用。虽然目前已经有大量基于ELISA，电化学发光免疫分析，以及各类生物传感器的检测方法被报道用于直接检测血清或血浆中的Aβ42，但血液Aβ42对AD的诊断价值及与疾病的相关性存在争议。团队构建了一种金纳米颗粒修饰的石墨烯电解质栅控场效应晶体管生物传感器，用于对血液中神经元来源外泌体Aβ42（NDE-Aβ42）的高灵敏检测。研究成果以“Nanosensor-Driven Detection of Neuron-Derived Exosomal Aβ42 with Graphene Electrolyte-Gated Transistor for Alzheimer’s Disease Diagnosis. ”发表于美国化学会旗下top期刊《Analytical Chemistry》（中科院1区top 期刊）。团队还构建了一种集外泌体分离和检测于一体的微系统，通过双抗体修饰的磁珠筛选胰腺癌来源外泌体，随后将胰腺癌外泌体在微系统中裂解，并用PNA功能化的FET生物传感器特异性地检测胰腺癌外泌体miRNA10b，研究成果发表于《Analytica Chimica Acta》上。此外，团队还制备了一种酞菁钴功能化石墨烯场效应晶体管生物传感器，能够超灵敏实时监测细胞释放H2S 的情况，并探索癌细胞SW480在不同浓度、不同抑制剂作用下的H2S释放情况，该研究有可能推进对H2S在疾病诊断和治疗中的生理过程的理解，相关成果发表于中科院1区杂志《Sensors and Actuators B: Chemical》。
石墨烯FET生物传感器检测血液中神经元来源外泌体Aβ42
3. 针灸传感针研究取得新成果。团队采用针灸针基底电极和功能化的针型铂电极构建了一种新的双针型纳米场效应晶体管(FET)生物传感器，用于实时监测活体鼠脑pH的动态变化。实验结果显示该双针型场效应晶体管生物传感器具有较好的灵敏度和选择性，极大提高了传感器的传感性能。该传感器还被成功用于正常鼠脑和急性应激酸碱模型鼠脑pH的实时监测，未来可以实现对针灸治病过程中涉及到穴位释放的pH变化进行活体原位检测，为活体探测建立一种新方法。研究成果以“A Dual-Needle Field-Effect Transistor Biosensor for in-Vivo pH Monitoring”为题发表于美国化学会（ACS）旗下的国际生物传感领域顶级学术期刊《ACS sensors》（中科院I区Top期刊，影响因子9.618）。
双针型FET传感器对pH 响应的示意图
