化学学报 ›› 2023, Vol. 81 ›› Issue (3): 253-263.DOI: 10.6023/A22120483 上一篇 下一篇
综述
朱子煜, 梁阿新, 浩天瑞霖, 唐珊珊, 刘淼, 解炳腾, 罗爱芹*()
投稿日期:
2022-12-03
发布日期:
2023-02-15
作者简介:
朱子煜, 北京理工大学生命学院2021级生物学专业硕士研究生. 2021年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事面向新冠病毒快速检测的生物传感技术研究. |
梁阿新, 博士, 北京理工大学生命学院助理研究员, 2021年于北京理工大学获得理学博士学位. 主要从事电化学生物传感器构建、纳米多孔材料制备与微纳加工的研究. 先后在国际高水平期刊发表SCI论文14篇, 以第一发明人申请国家发明专利4项(已授权2项). |
浩天瑞霖, 北京理工大学生命学院2021级生物学专业硕士研究生. 2021年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行研究生阶段学习. 目前主要从事基于COFs的电化学生物传感器的研究. |
唐珊珊,北京理工大学生命学院2019级生物医学工程专业博士研究生. 2019年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行博士研究生阶段学习. 目前主要从事基于电化学生物传感器应用与疾病标志物同时检测的研究. |
刘淼, 北京理工大学生命学院2020级生物学专业博士研究生. 2020年进入北京理工大学生命学院罗爱芹教授课题组进行博士研究生阶段学习. 目前主要从事分子印迹电化学传感器的制备及其在心脑血管疾病生物标志物中的应用研究. |
解炳腾, 博士, 生命学院助理教授. 目前的研究方向为解析肿瘤发生机制, 筛选新的抗癌靶点, 构建新型疾病标志物传感器. 获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后基金资助. 现已在Cell Research, Science Advances, Cancer Research等杂志发表SCI论文30余篇, 申请国家发明专利2项. |
罗爱芹, 北京理工大学生命学院院长, 教授, 博士生导师, 工业和信息化部分子医学与生物诊疗重点实验室主任. 主要研究方向为分子识别与生物传感、生物医学分析与检测研究. 主持或承担项目20余项, 包括国家自然科学基金面上和重点项目、部委重点基础研究项目、部委重大专项、国际合作基金等. |
基金资助:
Ziyu Zhu, Axin Liang, Ruilin Haotian, Shanshan Tang, Miao Liu, Bingteng Xie, Aiqin Luo()
Received:
2022-12-03
Published:
2023-02-15
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自新型冠状病毒肺炎(COVID-19)爆发以来, 准确高效、快速便捷的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)筛查越来越在疫情防控中体现出其重要性. 传统的检测方法无法满足短时间内SARS-CoV-2大规模感染时的检测需求. 生物传感技术具有灵敏度高、选择性好、低成本、易于微型化等优点, 其检测时间短的优势还可用于开发即时检测设备, 是临床诊断中实时检测SARS-CoV-2的潜在替代方案. 本综述简要阐述了光学生物传感器、电化学生物传感器、可穿戴式生物传感器、磁性生物传感器、金纳米颗粒生物传感器以及适配体生物传感器的构建方法、工作原理, 并总结了其在新冠病毒检测领域的最新应用. 最后本综述对生物传感器在新冠病毒检测领域的技术瓶颈与未来的发展趋势进行了总结与讨论.
朱子煜, 梁阿新, 浩天瑞霖, 唐珊珊, 刘淼, 解炳腾, 罗爱芹. 生物传感器在新冠病毒检测中的应用[J]. 化学学报, 2023, 81(3): 253-263.
Ziyu Zhu, Axin Liang, Ruilin Haotian, Shanshan Tang, Miao Liu, Bingteng Xie, Aiqin Luo. Application of Biosensors in the Detection of SARS-CoV-2[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(3): 253-263.
Techique | Apparatus | Time required | Sensitivity | Detection limit | Detection range | 参考文献 |
---|---|---|---|---|---|---|
Chest CT scan | CT machine | — | 97%, 25% | — | [ | |
RT-PCR | PCR apparatus | 4 h | 71% | — | [ | |
MNPs with RT-PCR | PCR apparatus | Around 30 min | — | 10 copies | [ | |
Colorimetric assay | Water bath | 30 min | 97.6% | 60 copies per μL | 60~1000 copies per μL | [ |
ELISA reder | ELISA machine | 2 h | 87.3% | — | [ | |
Plasmonic biosensor | Dual-functional LSPR System | — | 3.7 RNA copies | 0.1 fmol/L | 0.1~10 fmol/L | [ |
Electrochemical biosensor | Electrochemical work station | Few min | 0.21 fmol/L | 0.63 fmol/L | 0.63 fmol/L~ 1 μmol/L | [ |
Field-effect transistor- based biosensor | Semiconductor analyzer | — | — | 2.42×102 copies/mL | [ |
Techique | Apparatus | Time required | Sensitivity | Detection limit | Detection range | 参考文献 |
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Chest CT scan | CT machine | — | 97%, 25% | — | [ | |
RT-PCR | PCR apparatus | 4 h | 71% | — | [ | |
MNPs with RT-PCR | PCR apparatus | Around 30 min | — | 10 copies | [ | |
Colorimetric assay | Water bath | 30 min | 97.6% | 60 copies per μL | 60~1000 copies per μL | [ |
ELISA reder | ELISA machine | 2 h | 87.3% | — | [ | |
Plasmonic biosensor | Dual-functional LSPR System | — | 3.7 RNA copies | 0.1 fmol/L | 0.1~10 fmol/L | [ |
Electrochemical biosensor | Electrochemical work station | Few min | 0.21 fmol/L | 0.63 fmol/L | 0.63 fmol/L~ 1 μmol/L | [ |
Field-effect transistor- based biosensor | Semiconductor analyzer | — | — | 2.42×102 copies/mL | [ |
Biomarker | Property | Recognition element (probe) | Detecting mechanism | 参考文献 |
---|---|---|---|---|
RNA | N gene gRNA | CRISPR-Cas12 | Complementary interaction of genes | [ |
E gene | Aptamer | — | [ | |
RdRp/Helicase (Hel) | Complementary DNA/RNA | [ | ||
Whole virus and Proteins | Receptor binding domain (RBD) | Antibody | Conformational recognition | [ |
Spike protein 1 (S1) | Aptamer | Protein-protein interaction | [ | |
Spike protein 2 (S2) | — | Protein-aptamer interaction | [ | |
N proteins | — | — | [ | |
Antibody | IgM antibody | S proteins | Protein-antibody interaction | [ |
IgG antibody | N proteins | Antigen-specific antibody response | [ | |
Neutralizing antibodies:SNAb, REGN-COV2, S309 | The receptor-binding domain (RBD) | — | [ |
Biomarker | Property | Recognition element (probe) | Detecting mechanism | 参考文献 |
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RNA | N gene gRNA | CRISPR-Cas12 | Complementary interaction of genes | [ |
E gene | Aptamer | — | [ | |
RdRp/Helicase (Hel) | Complementary DNA/RNA | [ | ||
Whole virus and Proteins | Receptor binding domain (RBD) | Antibody | Conformational recognition | [ |
Spike protein 1 (S1) | Aptamer | Protein-protein interaction | [ | |
Spike protein 2 (S2) | — | Protein-aptamer interaction | [ | |
N proteins | — | — | [ | |
Antibody | IgM antibody | S proteins | Protein-antibody interaction | [ |
IgG antibody | N proteins | Antigen-specific antibody response | [ | |
Neutralizing antibodies:SNAb, REGN-COV2, S309 | The receptor-binding domain (RBD) | — | [ |
Material | Detecting technology | Object | Sample | Required time | Lower detection limit | 参考文献 |
---|---|---|---|---|---|---|
Au nanoparticles | Electrochemical biosensors | RNA | Nasal/throat solution | 5 min | 6.9 copies/μL | [ |
Electrochemical biosensors | Antibodies | Serum | 30 min | [ | ||
Colorimetric biosensors | RNA | N/A | >45 min | 160 fmol/L | [ | |
Macro/ nanostructure Au substrate, Au nanoparticles | SERS-based biosensors | Virus particles | Nasal/throat solution | 15 min | 0.06 copies/μL | [ |
SPR-based biosensors | Pseudovirus particles | N/A | 15 min | 0.37 vp/μL | [ | |
Graphene & Copper | Electrochemical biosensors | Cholinesterase | Blood | ca. 7 s | 0.079 μmol/L | [ |
Graphene | Electrochemical biosensors | RNA | Nasal/throat solution | 1 min | 0.01~0.02 copies/μL | [ |
Fluorescence biosensors | RNA | Lysis solution | 15 samples/45 min | 0.6 copies/μL | [ |
Material | Detecting technology | Object | Sample | Required time | Lower detection limit | 参考文献 |
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Au nanoparticles | Electrochemical biosensors | RNA | Nasal/throat solution | 5 min | 6.9 copies/μL | [ |
Electrochemical biosensors | Antibodies | Serum | 30 min | [ | ||
Colorimetric biosensors | RNA | N/A | >45 min | 160 fmol/L | [ | |
Macro/ nanostructure Au substrate, Au nanoparticles | SERS-based biosensors | Virus particles | Nasal/throat solution | 15 min | 0.06 copies/μL | [ |
SPR-based biosensors | Pseudovirus particles | N/A | 15 min | 0.37 vp/μL | [ | |
Graphene & Copper | Electrochemical biosensors | Cholinesterase | Blood | ca. 7 s | 0.079 μmol/L | [ |
Graphene | Electrochemical biosensors | RNA | Nasal/throat solution | 1 min | 0.01~0.02 copies/μL | [ |
Fluorescence biosensors | RNA | Lysis solution | 15 samples/45 min | 0.6 copies/μL | [ |
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