作者:黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2019/10/29 22:22:16
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复旦多学科团队在纤维生物电子学领域获新进展

 

复旦大学高分子科学系教授彭慧胜、副教授孙雪梅,生命科学学院教授俞洪波,航空航天系教授徐凡等多学科团队紧密合作,提出并发展得到一种可注射的纤维状生物传感器。这类新型纤维状生物传感器具有稳定的电化学性能、与组织相匹配的力学性能、优异的生物相容性和生物整合性,能够实现对体内多种化学物质进行长期、实时监测。10月28日,该项研究成果在线发表于《自然—生物医学工程》杂志。

随着医疗技术的发展和人们疾病防治重视程度的提高,个人生理信息的实时监测及其带来的个体化医疗受到关注。而电化学生物传感器是一类可以将化学信号转化成电信号的装置,可用于检测特定化学物质的信号,在可穿戴医疗等领域有着广泛应用。然而,不论是现有的体外电化学传感器还是植入式传感器都存在一定的应用限制。

为此,复旦大学研究团队通过仿生肌肉结构的方法,设计了具有多级螺旋结构的纤维状电化学传感器。研究人员通过力学模拟和纳米压痕实验,证明相对传统的植入材料如金丝或聚二甲基硅氧烷等,碳纳米管纤维具有更低的弯曲内应力,且其抗弯刚度相对于其他传统植入材料更接近柔软的组织。他们借鉴传统静脉注射方法,利用与纤维一维结构相适应的注射方法,将纤维状传感器准确植入目标区域,纤维在体外的形态类似于动物毛发贴附在皮肤表面。该纤维在注射后没有使动物产生炎症反应和疤痕,并且与周围组织结合良好,证明了纤维传感器具有优异的生物相容性和生物整合性。

生物体内的化学物质种类繁多且分布不均,为满足实际检测的需求,研究人员还设计了具有轴向或者径向结构的多级纤维状传感器,可以实现在不同位点对同一物质的分布进行检测(如肿瘤中过氧化氢的分布),或者在同一位点对不同种类的化学物质进行检测(如血液中的钙离子和葡萄糖)。以血糖和血钙的检测为例,纤维状传感器可以对血管内钙离子和葡萄糖进行实时监测,得到的结果和商用传统检测方法相比效果良好。

据介绍,这项工作在生物电子学领域发展出一个新的方向。通过集成电路、蓝牙和相应软件,利用该器件可以远程对生理数据进行实时采集,且器件可以在血管中稳定工作4周。

复旦大学高分子科学系博士研究生王立媛、解松林,生命科学学院本科生王志远为论文共同第一作者,孙雪梅、徐凡、俞洪波、彭慧胜为共同通讯作者,该研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委、上海市教委等的资助。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41551-019-0462-8

 
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