一個國際研究團隊開發(fā)了一種由半導(dǎo)體塑料制成的低成本傳感器，可用于診斷或監(jiān)測各種健康狀況，如手術(shù)并發(fā)癥或神經(jīng)退行性疾病。

傳感器可以測量汗液，淚液，唾液或血液中存在的關(guān)鍵代謝物(例如乳酸鹽或葡萄糖)的量，并且當(dāng)并入診斷裝置中時，可以允許快速，廉價和準確地監(jiān)測健康狀況。新設(shè)備的設(shè)計比現(xiàn)有傳感器簡單得多，為健康監(jiān)測提供了廣泛的新的可能性，直至細胞水平。結(jié)果發(fā)表在Science Advances雜志上。

該裝置由劍橋大學(xué)和沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(xué)(KAUST)領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)。諸如當(dāng)前工作中使用的半導(dǎo)體塑料正在開發(fā)用于太陽能電池和柔性電子器件，但尚未見到在生物應(yīng)用中的廣泛使用。

“在我們的工作中，我們克服了將酶作為傳感材料的傳統(tǒng)電化學(xué)生物傳感器的許多局限性，”主要作者，劍橋大學(xué)化學(xué)工程與生物技術(shù)系博士后研究員Anna-Maria Pappa博士說。“在傳統(tǒng)的生物傳感器中，傳感器電極和傳感材料之間的通信效率不高，因此有必要添加分子線以促進和”增強“信號。

為了構(gòu)建他們的傳感器，Pappa和她的同事使用帝國理工學(xué)院開發(fā)的一種新合成的聚合物作為分子線，直接接受電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子。當(dāng)材料與諸如汗液，淚液或血液的液體接觸時，它吸收離子并膨脹，變得與液體合并。與由金屬電極制成的傳統(tǒng)傳感器相比，這導(dǎo)致顯著更高的靈敏度。

此外，當(dāng)傳感器被整合到更復(fù)雜的電路中時，例如晶體管，信號可以被放大并響應(yīng)代謝物濃度的微小波動，盡管器件的尺寸很小。

傳感器的初始測試用于測量乳酸水平，其可用于健身應(yīng)用或監(jiān)測手術(shù)后的患者。然而，根據(jù)研究人員的說法，通過加入適當(dāng)?shù)拿福梢院苋菀椎匦薷膫鞲衅饕詸z測其他代謝物，如葡萄糖或膽固醇，并且可以通過改變設(shè)備的幾何形狀來調(diào)整傳感器可以檢測的濃度范圍。

“這是第一次可以使用電子接受聚合物來改善與酶的通訊，從而可以直接檢測代謝物：直到現(xiàn)在，這還不是直截了當(dāng)?shù)模?rdquo;Pappa說。“它開辟了生物傳感的新方向，可以設(shè)計材料與特定代謝物相互作用，從而產(chǎn)生更靈敏，更具選擇性的傳感器。”

由于傳感器不是由金或鉑等金屬組成，因此可以以較低的成本制造，并且可以容易地結(jié)合在柔性和可拉伸的基板中，使其能夠在可穿戴或可植入的傳感應(yīng)用中實現(xiàn)。

“植入式設(shè)備可以讓我們在壓力條件下實時監(jiān)測大腦的代謝活動，例如在癲癇發(fā)作期間或之前，可用于預(yù)測癲癇發(fā)作或評估治療，”Pappa說。

研究人員現(xiàn)在計劃開發(fā)傳感器，以便在體外實時監(jiān)測人體細胞的代謝活動。Pappa所在的生物電子系統(tǒng)和技術(shù)部門專注于開發(fā)能夠密切模仿器官的模型，以及能夠?qū)崟r準確評估它們的技術(shù)。開發(fā)的傳感器技術(shù)可與這些模型一起使用，以測試藥物的效力或毒性。