5月13日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)物醫(yī)學(xué)院何啟蓋教授團(tuán)隊(duì)和湖北中醫(yī)藥大學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院納米生物傳感中心張國(guó)軍教授團(tuán)隊(duì)、北京大學(xué)張志勇教授團(tuán)隊(duì)共同合作在BioMed Central出版社旗下的國(guó)際權(quán)威期刊Journal of Nanobiotechnology上發(fā)表題為“A Portable Transistor Immunosensor for Fast Identification of Porcine Epidemic Diarrhea Virus”的研究論文。該研究開發(fā)并驗(yàn)證了一種基于浮柵碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FG CNT-FET）的便攜式免疫傳感器，用于快速、靈敏、準(zhǔn)確地識(shí)別PEDV。
豬流行性腹瀉（PED）是由豬流行性腹瀉病毒（PEDV）引起的一種急性、高度傳染性的豬腸道傳染病，主要是在仔豬中引起水樣腹瀉、嘔吐、脫水，甚至死亡。1977年在比利時(shí)首次發(fā)現(xiàn)PEDV，該病毒在2010年末在我國(guó)大肆流行，其發(fā)病率幾乎為100%，死亡率更是高達(dá)50%—90%，這對(duì)我國(guó)的養(yǎng)豬業(yè)造成了災(zāi)難性的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了有效阻斷PEDV的傳播，預(yù)防重大疫情的發(fā)生，開發(fā)建立快速有效的檢測(cè)方法至關(guān)重要。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）是一種生物傳感平臺(tái)，具有出色的靈敏度、無(wú)標(biāo)記和實(shí)時(shí)檢測(cè)、低成本和易于集成等特點(diǎn)。目前，基于FET的生物傳感器越來(lái)越多地應(yīng)用于各種生物標(biāo)志物的檢測(cè)。在各種納米材料中，碳納米管（CNTs）是FET生物傳感器的理想通道材料，因?yàn)樗鼈兙哂谐〉暮穸取?yōu)異的電性能和良好的生物相容性。在之前的研究中已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)即插即用的浮柵CNT場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FG CNT-FET）生物芯片，集成了一個(gè)智能便攜式讀取器。它與改良的CRISPR/Cas12a系統(tǒng)相結(jié)合，引入了G-三鏈結(jié)構(gòu)報(bào)告基因，實(shí)現(xiàn)了對(duì)心肌肌鈣蛋白I的超靈敏和即時(shí)檢測(cè)，顯示了良好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，本研究利用抗原抗體的高親和力，制備并純化了能夠與PEDV-S蛋白特異性結(jié)合的單克隆抗體。然后，將抗體用FG CNT-FET芯片進(jìn)一步功能化，制成用于檢測(cè)PEDV病毒粒子的免疫傳感器FG CNT-FET。
由于抗原－抗體的高親和性和 FG CNT-FET 的高κ介電層工藝，所開發(fā)的生物傳感器具有較高靈敏度和特異性。該免疫傳感器能在1分鐘內(nèi)完成檢測(cè)，并準(zhǔn)確區(qū)分PEDV和豬德爾塔冠狀病毒（PDCoV），同時(shí)對(duì)PEDV-S蛋白及PEDV病毒粒子的檢測(cè)閾值可分別低至8.1 fg/mL（重組PEDV-S蛋白）和100.14 TCID50/mL （PEDV病毒粒子），是迄今為止報(bào)道的PEDV抗原檢測(cè)方法所能達(dá)到的最低值。此外，由于該傳感器小巧便攜，可作為現(xiàn)場(chǎng)部署的芯片讀出器，以“sample in - answer out”的方式實(shí)現(xiàn)PEDV的快速有效檢測(cè)，為進(jìn)一步在農(nóng)場(chǎng)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳染病提供了可能。
湖北中醫(yī)藥大學(xué)博士生胡曉和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后張夢(mèng)佳為論文共同第一作者，何啟蓋教授、張志勇教授和張國(guó)軍教授為論文通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFB3204403）的大力資助。
【英文摘要】
Widespread distribution of porcine epidemic diarrhea virus （PEDV） has led to catastrophic losses to the global pig farming industry. As a result, there is an urgent need for rapid, sensitive and accurate tests for PEDV to enable timely and effective interventions. In the present study, we develop and validate a floating gate carbon nanotubes field-effect transistor （FG CNT-FET）-based portable immunosensor for rapid identification of PEDV in a sensitive and accurate manner. To improve the affinity, a unique PEDV spike protein-specific monoclonal antibody is prepared by purification, and subsequently modified on FG CNT-FET sensor to recognize PEDV. The developed FET biosensor enables highly sensitive detection （LoD: 8.1 fg/mL and 100.14 TCID50/mL for recombinant spike proteins and PEDV, respectively）， as well as satisfactory specificity. Notably, an integrated portable platform consisting of a pluggable FG CNT-FET chip and a portable device can discriminate PEDV positive from negative samples and even identify PEDV and porcine deltacoronavirus within 1 min with 100% accuracy. The portable sensing platform offers the capability to quickly, sensitively and accurately identify PEDV, which further points to a possibility of point of care （POC） applications of large-scale surveillance in pig breeding facilities.
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