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传感器分类

信号可以被放大并响应代谢物浓度的微小波动

  一个国际研究团队开发了一种由半导体塑料制成的低成本传感器,可用于诊断或监测各种健康状况,如手术并发症或神经退行性疾病。

  传感器可以测量汗液,眼泪,唾液或血液中存在的关键代谢物(例如乳酸盐或葡萄糖)的量,并且当并入诊断装置中时,可以允许快速,廉价和准确地监测健康状况。新设备的设计比现有传感器简单得多,并为健康监测提供了广泛的新的可能性,直至细胞水平。结果发表在Science Advances杂志上。

  该装置由剑桥大学和沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学(KAUST)领导的团队开发。诸如当前工作中使用的半导体塑料正在开发用于太阳能电池和柔性电子器件,但尚未见到在生物应用中的广泛使用。

  “在我们的工作中,我们克服了传统电化学生物传感器的许多局限性,这些传感器将酶作为传感材料,”主要作者,剑桥大学化学工程和生物技术系博士后研究员Anna-Maria Pappa博士说。“在传统的生物传感器中,传感器电极和传感材料之间的通信效率不高,因此有必要添加分子线以促进和”增强“信号。

  为了构建他们的传感器,Pappa和她的同事使用帝国理工学院开发的一种新合成的聚合物作为分子线,直接接受电化学反应过程中产生的电子。当材料与诸如汗液,眼泪或血液的液体接触时,它吸收离子并膨胀,变得与液体合并。与由金属电极制成的传统传感器相比,这导致显着更高的灵敏度。

  此外,当传感器被整合到更复杂的电路中时,例如晶体管,信号可以被放大并响应代谢物浓度的微小波动,尽管设备的尺寸很小。

  传感器的初始测试用于测量乳酸水平,其可用于健身应用或监测手术后的患者。然而,根据研究人员的说法,通过加入适当的酶,可以很容易地修改传感器以检测其他代谢物,如葡萄糖或胆固醇,并且可以通过改变设备的几何形状来调整传感器可以检测的浓度范围。

  “这是第一次使用可以定制的电子接受聚合物来改善与酶的通讯,从而可以直接检测代谢物:直到现在,这还不是直截了当的,”Pappa说。“它开辟了生物传感的新方向,可以设计材料与特定代谢物相互作用,从而产生更灵敏,更具选择性的传感器。”

  由于传感器不是由金或铂等金属组成,因此可以以较低的成本制造,并且可以容易地结合在柔性和可拉伸的基板中,使其能够在可穿戴或可植入的传感应用中实现。

  “可植入装置可以让我们在压力条件下实时监测大脑的代谢活动,例如在癫痫发作期间或之前,可用于预测癫痫发作或评估治疗,”Pappa说。

  研究人员现在计划开发传感器,以便在体外实时监测人体细胞的代谢活动。Pappa所在的生物电子系统和技术部门专注于开发能够密切模仿器官的模型,以及能够实时准确评估它们的技术。开发的传感器技术可与这些模型一起使用,以测试药物的效力或毒性。

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