使用电容式生物传感器进行动态多参数血小板功能评估
2025年5月2日
这里介绍了一种使用电容式生物传感器的新型动态多参数血小板功能测定的方案。这种方法在半刚性微环境中设计以增强生理相关性，提供对血小板计数、刺激强度和激活途径敏感的三个输出参数。
我们正在设计一种检测方法来评估生理环境中的血小板功能，通过使用膜容量传感器在半刚性微环境中激活血小板来解决当前检测的局限性。该检测可测量血小板计数、刺激强度和激活途径。该工具为研究止血过程中的血小板机制提供了一种全面的方法。
我们的方案可以在生理条件下的单次测定中评估血小板的多个参数。我们将专注于改进该协议和其他止血评估传感器的开发。首先使用标准 CAD 布局软件为用于微纳加工工艺的 4 英寸硅晶片衬底设计团队膜电容芯片或 MCC 的布局，如手稿中所述。
对于生物功能化，使用氧气等离子体以 100 瓦的功率清洁 TMCC 的传感电极 45 秒。将一种 Do Decanal 溶液在 200 个标准乙醇中添加到 TMCC 上的样品孔中。将 TMCC 放入装满干燥氮气的容器中。
密封容器并用封口膜包裹 24 至 48 小时。两天后，用去离子水和 200 度乙醇冲洗 TMCC 的金表面。在室温下用氮气干燥 TMCC。
将 PBS 中的人纤连蛋白溶液添加到 TMCC 的样品孔中，并在 37 摄氏度下孵育 2 至 8 小时。对于电容传感器设置，请使用带有微型定位器和针式探针的 LCR 表与传感器建立电气接触。使用 3D 打印的塑料固定装置安全地放置 TMCC 和 BMCC。
确保底部夹具在 XY 轴上装有限位器，以将 TMCC 精确对准 BMCC，形成电容器。以 8 赫兹的采样率在 100 kHz 处应用 0.5 伏特的正弦信号。为了获得浓缩的富血小板血浆 （CPRP），请离心人血样。
将 CPRP 转移到无菌容器中并进行血小板计数。对于抑制剂研究，将 CPRP 与预定浓度的阿司匹林在 Tyrode 缓冲液中孵育。对于血小板功能测定，将 TMCC 和 BMCC 组装在 3D 打印夹具中。
测量组装的 MCC 的基线电容 5 分钟，然后将 45 μL CPRP 添加到 TMCC 中的样品孔中，等待 30 分钟，让血小板粘附在 TMCC 中纤连蛋白包被的电极上。接下来，在不干扰粘附血小板的情况下从样品孔中取出 30 微升 CPRP，并用 Tyrode 缓冲液补充孔。最后一次洗涤后，加入 10 μL 所需浓度的激动剂溶液，并平衡样品 80 分钟。
测量 30 分钟粘附后电容的最大变化，以确定 delta C 粘附力。对于激活阶段，测量电容的最大变化，称为 delta C 激活。计算激活后 200 到 300 秒之间的电容曲线斜率，以确定 S 激活。
使用 Tukey 术后测试的方差分析进行统计分析，以比较组间结果。使用 Shapiro-Wilk 拟合优度检验正态分布。具有预定血小板计数的 CPRP 溶液在粘附过程中显示电容线性降低。
凝血酶激活后观察到指数稳态降低。Delta C 粘附值显示与血小板计数范围内的血小板计数密切相关，在 1.3 毫摩尔阿司匹林浓度时显著降低。血小板刺激后电容呈指数级下降的速率随着细胞浓度的增加而增加。
电容损失的大小也随着浓度的增加而增加，显示出 delta C 激活的明显上升趋势。在 S 活化和血小板计数方面观察到类似的趋势。随着阿司匹林剂量的增加，电容、 delta C 活化和 S 活化呈下降趋势。
在高剂量和中剂量之间观察到 S 活化的统计学显着差异，而在 delta C 激活中未发现显着差异。用凝血酶激活的 CPRP 样品的电容信号显示，随着凝血酶浓度的增加，电容降低变得更加明显。delta C 激活和 S 激活均表现出凝血酶水平的统计学显着趋势。
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概述
本文介绍了一种利用电容式生物传感器的新型动态多参数血小板功能检测法。该检测法设计在半刚性微环境中，提高了生理相关性，并测量了血小板计数、刺激强度和活化途径。
关键研究组成部分
科学领域
- 血小板功能评估
- 止血评估
- 电容式生物传感技术
背景
- 当前的血小板功能检测方法有局限性。
- 生理环境对于准确评估至关重要。
- 在半刚性环境中激活血小板可提高相关性。
- 单一检测方法可以评估多个参数。
研究目的
- 开发一个用于研究血小板机制的综合性检测方法。
- 改进止血评估。
- 促进其他止血评估传感器的设计。
使用的方法
- 使用CAD软件设计膜电容芯片布局。
- 四英寸硅片基板的微加工工艺。
- 在受控微环境中激活血小板。
- 同时测量多个功能参数。
主要结果
- 该检测法成功测量血小板计数和活化途径。
- 可以改变刺激强度以评估不同的反应。
- 结果表明与传统检测法相比，生理相关性得到了改善。
- 该协议可以适应未来传感器的开发。
结论
- 这种新型检测法提供了更全面的血小板功能评估。
- 它通过增强生理条件来解决现有检测法的局限性。
- 未来的工作将专注于完善这一协议和开发新型传感器。
常见问题
Executive Industry Relevance
Dynamic multiparameter platelet function assessment using a capacitive biosensor addresses a critical gap in physiologically relevant, quantitative evaluation of platelet activity for early-stage drug discovery and translational research. By enabling simultaneous measurement of platelet adhesion, activation, and response to stimulation in a semi-rigid microenvironment, this platform enhances predictive confidence for hemostasis-targeted therapeutics. The approach supports robust target validation and de-risking at key inflection points in the discovery pipeline.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of platelet activation pathways under near-physiological conditions.
- Supports functional target validation by quantifying adhesion and activation metrics.
- Facilitates mechanistic de-risking for antiplatelet and pro-hemostatic agents.
- Improves predictive confidence for candidate selection and triage.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, multiparameter assay system for compound screening.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for platelet count, activation, and response.
- Supports assay standardization and scalability for high-throughput workflows.
- Enables reliable evaluation of compound effects on platelet function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro platelet function assessment with disease-relevant hemostatic mechanisms.
- Facilitates continuity from discovery through preclinical validation of hemostasis-modulating agents.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on physiologically relevant data.
- Provides a platform for evaluating translational biomarkers of platelet function.
Pipeline & Workflow Integration
This capacitive biosensor assay integrates into the discovery-to-preclinical continuum, supporting early target validation, lead identification, and translational research for hemostasis and thrombosis programs.
- Discovery Biology: Quantifies platelet adhesion and activation to clarify mechanistic pathways and validate targets.
- Screening: Offers reproducible, multiparameter readouts for compound evaluation and assay readiness.
- Analytics: Provides quantitative measurements (delta C adhesion, delta C activation, S activation) for robust statistical comparison.
- Translational Research: Bridges in vitro findings with disease-relevant platelet function and biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, scalable platform for ongoing platelet function studies across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in platelet-targeted discovery.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable assay workflows.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of hemostasis-modulating candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in biosensor operation and platelet biology.
- Needs access to microfabrication, LCR meters, and analytical infrastructure.
- Demands cross-team standardization for assay reproducibility and data comparability.
- Adaptation may be needed for different platelet sources or disease models.
- Assay sensitivity to platelet count and stimulation intensity must be considered in experimental design.
