今天给大家介绍一篇来自Vipan Kakkar课题组的GMR生物传感器的文章，在这篇文章中，作者提出了一种基于巨磁阻（GMR）原理的高度灵敏，特异的技术，用于早期结核（TB）诊断。此GMR生物传感测定法采用抗结核分枝杆菌的单克隆抗体使用磁性纳米粒子（MNP）作为标记的特异性ESAT-6抗原。MNP在ESAT-6存在的情况下与GMR传感器结合，并且该结合与ESAT-6蛋白浓度成正比，从而导致GMR传感器的整体电阻发生变化。GMR生物传感器模拟显示，与其他可用于ESAT-6检测的转导技术相比，可以检测到pg / mL范围内的ESAT-6浓度，并且信号强度随浓度的增加而增加。这项工作表明，与用于结核病诊断的其他磁性技术相比，GMR生物传感策略与原始阶段的结核病检测有关。

【文章亮点】

1、提出一种新的GMR生物传感器用来检测结核分枝杆菌的特异性蛋白ESAT-6；

2、 ESAT-6是结核感染初期分枝杆菌分泌的特异性蛋白，通过使用GMR生物传感器器技术的DNA分析，能够检测与耐药结核病相关的基因突变，相比于其他用于结核病诊断的磁性技术具有更好的灵敏度。

【GRM生物芯片的主要结构】

文中的GMR 生物传感器主要由绝缘层和硅基板组成，两根导线夹在这两者之间，如图 1 所示。其中一根导线作为GMR生物传感器，另一根导线具有导电特性。GMR 传感器主要由铁磁层之间的非磁性层构成了多层的结构。这种多层结构夹在基板和吸附绝缘层之间，以制造生物传感芯片平台。特异性一抗（ESAT-6）涂覆在绝缘层上，其他称为二抗的 ESAT-6 特异性抗体使用磁性纳米粒子 (MNP) 进行标记。

在具体的应用案例中，为了检测 ESAT-6 抗原，我们考虑了 GMR 的基本三层结构进行模拟。这种横截面积为 100 nm × 100 nm 的三层几何结构在由 NiCoFe 合金制成的两个铁磁层之间，包含非磁性 Cu（铜层），这些叠层结构的尺寸如图 2 所示。此外，为了实现模拟计算的目的，因为抗体-抗原的平均高度产物约为 6.6 ± 0.3 nm，一抗-抗原-二抗夹心产物在图 2 中被阐述为 15 nm 厚的方块。二抗用氧化铁纳米颗粒 (IONP) 标记，因为 IONP 具有超顺磁性，导致感应磁场强度增加，从而可以实现增强检测 。

【GMR生物传感器的主要检测机理】

利用该GMR生物传感器进行检测的机理如下所示：1、首先，GMR 生物传感器的电阻是通过导线来进行测量的。2、在血液样本中，ESAT-6 特异性一抗作为捕获抗体。3、在下一步操作中，引入标记为 ESAT-6 特异性二抗的 MNP，这些二抗附着在与一抗结合的 ESAT-6 上，从而形成如图 1 所示的夹心结构。4、最后施加外部磁场，迫使 MNP 产生杂散磁场，从而改变最初测量的传感器的整体电阻。感应磁场强度与 ESAT-6 的浓度成正比，如下图所示。

此外，除了蛋白质生物标志物外，还可以使用所提出的 GMR 生物传感器通过分析 DNA 来检测结核病特异性基因突变，如与利福平耐药相关的 rpoB 基因、与异烟肼耐药相关的 katG 和 inhA 基因等。然而，在这项工作中，已经使用 GMR 生物传感技术模拟和验证了 ESAT-6 蛋白质检测。但在未来，上述用于 TB 特异性蛋白质检测的类似程序可用于 DNA 检测和分析。需要执行以下步骤：1、首先，将探针 DNA 样品点在传感器表面。这些样品使用嵌入聚合物顶层的环氧基团固定。2、此后，传感器暴露于用生物素标记的分析物 DNA（目标），然后与互补探针 DNA 杂交。3、最后一步以引入链霉亲和素包被的磁性标记物结束，这些标记物与杂交（目标）分析物 DNA 的生物素特异性结合。由于外部施加的磁场的影响，磁性标记物会诱发杂散磁场，最终导致嵌入在探针 DNA 点下方的 GMR 传感器中的电阻变化。