5月13日，華中農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院、動物醫(yī)學院何啟蓋教授團隊和湖北中醫(yī)藥大學檢驗學院納米生物傳感中心張國軍教授團隊、北京大學張志勇教授團隊共同合作在BioMed Central出版社旗下的國際權(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)并驗證了一種基于浮柵碳納米管場效應晶體管（FG CNT-FET）的便攜式免疫傳感器，用于快速、靈敏、準確地識別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年在比利時首次發(fā)現(xiàn)PEDV，該病毒在2010年末在我國大肆流行，其發(fā)病率幾乎為100%，死亡率更是高達50%—90%，這對我國的養(yǎng)豬業(yè)造成了災難性的經(jīng)濟損失。因此，為了有效阻斷PEDV的傳播，預防重大疫情的發(fā)生，開發(fā)建立快速有效的檢測方法至關(guān)重要。
場效應晶體管（FET）是一種生物傳感平臺，具有出色的靈敏度、無標記和實時檢測、低成本和易于集成等特點。目前，基于FET的生物傳感器越來越多地應用于各種生物標志物的檢測。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，因為它們具有超薄的厚度、優(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)建了一個即插即用的浮柵CNT場效應晶體管（FG CNT-FET）生物芯片，集成了一個智能便攜式讀取器。它與改良的CRISPR/Cas12a系統(tǒng)相結(jié)合，引入了G-三鏈結(jié)構(gòu)報告基因，實現(xiàn)了對心肌肌鈣蛋白I的超靈敏和即時檢測，顯示了良好的應用前景。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芯片進一步功能化，制成用于檢測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，并準確區(qū)分PEDV和豬德爾塔冠狀病毒（PDCoV），同時對PEDV-S蛋白及PEDV病毒粒子的檢測閾值可分別低至8.1 fg/mL（重組PEDV-S蛋白）和100.14 TCID50/mL （PEDV病毒粒子），是迄今為止報道的PEDV抗原檢測方法所能達到的最低值。此外，由于該傳感器小巧便攜，可作為現(xiàn)場部署的芯片讀出器，以“sample in - answer out”的方式實現(xiàn)PEDV的快速有效檢測，為進一步在農(nóng)場大規(guī)?，F(xiàn)場監(jiān)測傳染病提供了可能。
湖北中醫(yī)藥大學博士生胡曉和華中農(nóng)業(yè)大學博士后張夢佳為論文共同第一作者，何啟蓋教授、張志勇教授和張國軍教授為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（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.
