这种由 Roswell Biotechnologies 制造的超灵敏传感器可以扩展到近乎无限的分辨率——或跟踪单个分子。

与 Roswell Biotechnologies 合作的科学家们日前表示，已经创造了世界上第一个可扩展到无限分辨率的单分子传感器芯片——创造了可编程的生物传感器，用于观察分子相互作用。

“生物学是通过单个分子相互交谈来发挥作用的，但我们现有的测量方法无法检测到这一点，”该论文的合著者、莱斯大学教授 Jim Tour 解释说。 “本文首次展示的传感器让我们能够监听这些分子通讯，从而获得全新而强大的生物信息图谱。”

Roswell Biotechnologies的芯片

“这项工作的目标是将生物传感置于精准医学和个人健康未来的理想技术基础上，”该论文的资深作者 Roswell 联合创始人兼首席科学官 Barry Merriman 博士说。“这不仅需要将生物传感放在芯片上，还需要以正确的方式，使用正确的传感器。我们已经将传感器元件预先缩小到分子水平，以创建一个结合了全新类型真实的生物传感器平台，具有快速，单分子测量的特性，具有长期、无限扩展的路线图，用于更小、更快和更便宜的测试和仪器。”

该团队宣称开发的是一个模块化平台，其中包括一个可编程半导体芯片，该芯片具有一个完全可扩展的传感器阵列，该传感器阵列通过监视流过纳米电极的分子线电流进行测量。 “探针分子”连接到分子线，然后系统以每秒 1,000 个读数的速率提供探针部位分子相互作用的实时电子读数。

该平台能够感知分子间的相互作用，并用各种探针分子进行了测试，包括 DNA、抗体、抗原、适体和能够监测 CRISPR Cas 酶与靶 DNA 结合的探针。某个Demo演示中，甚至使用带有集成 DNA 聚合酶的探针来观察酶活性，因为 DNA 是一个字母一个字母地复制，可以使用机器学习来处理数据并读取结果序列。

“Roswell 测序传感器提供了一种新的、直接的聚合酶活性视图，有可能将测序技术在速度和成本上提高几个数量级。”该工作的共同作者 George Church 教授声称。 “这种可扩展芯片为个人健康或环境监测的分布式测序以及未来的超高通量应用（如艾字节级 DNA 数据存储）开辟了可能性。”

Roswell与IMEC的过去

2019年，Roswell Biotechnologies与IMEC宣布合作开发商用分子电子传感器芯片，这些芯片是Roswell公司强大的DNA测序新平台背后的大脑，用于支持精密医学、分子诊断、快速传染病检测和DNA数据存储。

Roswell公司总裁兼首席执行官Paul Mola表示：“在当前的COVID-19大流行中，对新一代快速、低成本、消费者监测和诊断工具的迫切需求已经非常明确。在这一领域，Roswell分子电子平台将改变传染病的检测方式，能够使用便携式或手持设备同时快速筛查多种传染病或病毒株。”

Roswell平台是第一个提供分子电子传感功能的平台，可支持全范围的DNA测序和生物传感应用。虽然电子生物传感器已经在DNA测序和其他测试领域逐渐被采用，但是在基本的传感器技术方面还没有重大的创新。Roswell分子电子传感器代表了一种全新的传感器类型，专门设计为与现代芯片技术最大程度兼容，实现了显著提高性能和降低成本的技术突破。这一进展使得低成本、高速的生物医学测试，包括DNA测序和其他形式的生物标志物传感对现代医学诊断变得至关重要，可以部署在简单的便携式或手持设备上。

Roswell首席科学官Barry Merriman博士说：“尽管分子电子学长期以来被誉为一项科学突破，但它的商业可行性要求将这项技术放在标准半导体芯片上。分子电子学商业化的一个重要障碍是大规模制造需要昂贵的定制解决方案。Imec利用最先进的半导体制造技术，结合其在生物传感器技术方面的丰富经验，利用标准工具将分子电子学商业化，从而克服了这些挑战，我们很高兴能在这方面与Imec合作。”

Imec生命科学技术团队负责人Ashesh Ray Chaudhuri博士说：“Imec凭借其在半导体行业先进工艺开发方面的领导地位，已经突破了可能的极限。这一新一代传感器准备破坏生物传感，得益于我们解决制造障碍的广泛专业知识。”

Imec生命科学技术项目总监Simone Severi博士补充道：“我们与Roswell的合作是一个很好的例子，说明Imec如何利用其在最先进半导体制造技术方面的领导地位，使下一代生命科学仪器成为可能。我们非常高兴能与Roswell公司合作，集成他们的分子电子传感器，开发最快的途径，实现传感器芯片的大规模商业化制造。它特别激励我们利用我们的技能，在基因组测序和传染病监测等重要医学领域产生直接影响，并开辟新的领域，如EB级DNA的DNA储存。”