新冠肺炎病人体内细胞因子如干扰素，白介素和肿瘤坏死因子等浓度在短期内的异常升高会形成细胞因子释放综合征，即炎症风暴，一旦炎症风暴发生，免疫系统在杀死病毒的同时，也会杀死大量肺的正常细胞，严重破坏肺的换气功能，患者会呼吸衰竭，直至缺氧死亡，相关临床数据已经表明，病人体内细胞因子浓度的异常升高可以被作为新冠肺炎病情从轻症向重症转变的重要诊断指标之一。因此，对新冠病人体内细胞因子浓度进行实时监测，在炎症风暴发生初期发出警示，尽早进行治疗，对减少重症发生率和新冠病人死亡率具有十分重要的应用意义。
传统的细胞因子检测手段如免疫荧光试验（Immunofluorescence assay, IFA）、酶联免疫吸附和酶联免疫吸附法（Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）、放射性免疫试验（Radio-immunoassay, RIA）等检测周期过长（4~8 小时），非常不利于快速确诊患者与及时控制疫情蔓延速度。利用二维纳米材料石墨烯连接漏源极的场效应晶体管（Graphene field effect transistor，GFET）具有响应快速、灵敏度高等优点，通过在石墨烯表面修饰单链脱氧核糖核酸（Single-stranded deoxyribonucleic acid, ssDNA）纳米探针分子可以实现对细胞因子的检测。
哈尔滨工业大学机电工程学院潘昀路教授，哈尔滨工业大学机电工程学院郝壮讲师和中国科学院沈阳自动化研究所博士后罗阳等在Small上发文，提出了一种基于核酸适配体的双通道石墨烯场效应管智能生物传感装置，利用TWEEN 80保护层和差分测量的方式有效消除了溶液中离子浓度变化和生物小分子吸附等容易对石墨烯场效应管电信号稳定性的影响。实验证明，该装置可以实现对人体血清和人体分泌液如唾液，尿液和汗液中的干扰素，肿瘤坏死因子和白介素等细胞因子的高精度快速在线检测。并将相关监测信息通过WiFi传输到手机自制App上进行显示与记录，并在浓度异常时给出预警。通过对各种生理样本中的干扰素-gama，肿瘤坏死因子-alpha和白介素-6的检测实验可知，该装置对上述三种细胞因子的的最低检测极限分别为476 fM，608 fM和611 fM，单次检测时间为7分钟之内。相关成果有望实现对新冠病人健康状况进行实时监测，从而在重症发生前发出预警，为及时治疗抢出宝贵的时间。
上述研究工作得到了国家自然科学基金项目（52005137，51975145），中国博士后创新人才支持计划（BX20200105），中国博士后面上项目（2019M661270）和黑龙江省博士后面上项目（LBH-Z19221）的支持。
论文信息：
An Intelligent Graphene-Based Biosensing Device for Cytokine Storm Syndrome Biomarkers Detection in Human Biofluids
Zhuang Hao, Yang Luo, Cong Huang, Ziran Wang, Guoli Song, Yunlu Pan*, Xuezeng Zhao, Shaoqin Liu
Small
DOI：10.1002/smll.202101508
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