长期以来,可植入传感器的概念一直吸引着医生和科学家,这种传感器可以持续地传输有关人体中物质或药物的重要值和浓度的信息。这种传感器能够持续监测疾病进展和治疗成功。然而,到目前为止,可植入传感器还不能永久地留在人体里,必须在几天或几周后更换。一方面,存在着植入排斥的问题,因为身体将传感器识别为异物。另一方面,表示浓度变化的传感器的颜色迄今为止一直不稳定,而且随着时间的推移会褪色。美因茨约翰内斯古滕贝格大学(JGU)的科学家们开发了一种新型的可植入传感器,可在体内操作数月。该传感器基于颜色稳定的金纳米颗粒,这些纳米颗粒被修饰为特定分子的受体。纳米金被植入人工聚合组织,植入皮肤下,通过改变其颜色来报告药物浓度的变化。

Carsten教授Sӧnnichsen的研究小组多年来一直使用金纳米颗粒作为传感器来检测微观流动细胞中的微量蛋白质。金纳米颗粒充当光的小天线。他们强烈地吸收和分散它,因此,显得五颜六色。它们通过改变颜色来应对周围环境的变化。Sӧnnichsen的团队已经将这一概念应用于植入式医疗传感。

为了防止微小颗粒游走或被免疫细胞降解,它们被嵌入一种组织状的多孔水凝胶中。一旦植入到皮肤下,小血管和细胞就会生长到毛孔中。该传感器集成在组织中,不会被排斥为异物。Sӧnnichsen表示:“我们的传感器就像一个隐形纹身,比一便士大不了多少,比一毫米薄。”由于金纳米颗粒是红外的,所以眼睛是看不见的。然而,一种特殊的测量装置可以通过皮肤非侵入性地检测它们的颜色。

在他们的研究中,研究人员将他们的金纳米颗粒传感器植入无毛老鼠的皮肤下。在使用不同剂量的抗生素后,这些传感器的颜色变化被监测。药物分子通过血液运输到传感器。通过与金纳米颗粒表面的特定受体结合,它们诱导颜色变化,这取决于药物浓度。多亏了颜色稳定的金纳米颗粒和组织整合水凝胶,该传感器被发现在几个月的时间里保持了机械和光学稳定。

有颜色的物体随着时间的推移会变白。然而,金纳米颗粒不会漂白,但能永久保持其颜色。由于它们可以很容易地涂上不同的受体,它们是植入传感器的理想平台。

这个概念是可推广的,有潜力延长可植入传感器的寿命。在未来,基于金纳米颗粒的可植入传感器可以用来同时观察体内不同生物标记物或药物的浓度。这种传感器可以应用于药物开发、医学研究或个性化医疗,如慢性病的管理。

欲了解更多信息,请联系Carsten Sonnichsen博士此电子邮件地址正在受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript来查看它。


传感器技术杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年6月号传感器技术杂志。

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