NO探測(cè)器增加了感染幾率和操作成本

人體中關(guān)鍵生物標(biāo)記物的精確和連續(xù)測(cè)量可以為健康評(píng)估、藥物指導(dǎo)、外科干預(yù)方案制定和術(shù)后監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。NO作為內(nèi)源性的生物活性分子廣泛地存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的各個(gè)組織和器官，不同濃度的NO對(duì)生物體的一系列生理活動(dòng)諸如血管功能調(diào)節(jié)、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)等均具有重要影響。因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物體內(nèi)NO水平對(duì)了解NO與生物機(jī)體的相互作用機(jī)理以及某些疾病的診斷和治療具有重要意義。已有NO探測(cè)器所用材料均不可降解，器件在首次植入體內(nèi)進(jìn)行NO含量檢測(cè)后需要再次手術(shù)取出，增加了感染幾率和操作成本。

近日，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕課題組在Nature Communications 上發(fā)表了題為“A flexible and physically transient electrochemical sensor for real-time wireless nitric oxide monitoring”的研究論文，制備了一種可用于生物體釋放一氧化氮（NO）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的瞬態(tài)傳感器件。

在本研究中，科研人員利用模板法制備了聚乳酸和聚三亞甲基碳酸酯共聚物（PLLA-PTMC）柔性可降解基底材料，然后在其上磁控濺射了納米金薄膜構(gòu)建探測(cè)電極系統(tǒng)，最后在工作電極表面通過(guò)電化學(xué)聚合的方法制備了對(duì)NO具有選擇特異性的丁香酚薄膜。通過(guò)相關(guān)性能表征，整個(gè)器件體現(xiàn)出低探測(cè)極限（3.92 nM）、寬探測(cè)范圍（0.01–100 μM）、即時(shí)響應(yīng)特性（《 350 ms） 以及良好的抗干擾性能。該傳感器不僅可以定量檢測(cè)動(dòng)物細(xì)胞以及組織釋放出的NO信號(hào)，在集成無(wú)線傳輸裝置和數(shù)據(jù)可視化軟件后，植入哺乳動(dòng)物體內(nèi)的傳感器還可以長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)骨關(guān)節(jié)腔內(nèi)NO濃度變化。此外，整個(gè)器件在體內(nèi)生理環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)完全物理消失和降解。元素含量測(cè)試以及組織染色切片觀察表明，體內(nèi)無(wú)器件構(gòu)成元素殘留，細(xì)胞形態(tài)如常，傳感器體現(xiàn)出良好的生物相容性以及可降解特性。

圖1. 柔性瞬態(tài)NO傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2. 柔性瞬態(tài)NO傳感器性能： （a） NO響應(yīng)曲線; （b） 抗干擾性能; （c） 軟骨細(xì)胞NO濃度持續(xù)監(jiān)測(cè); （d） 新西蘭白兔骨關(guān)節(jié)腔內(nèi)NO濃度持續(xù)監(jiān)測(cè); （e） NO傳感器降解過(guò)程

該研究成果為明確內(nèi)源性NO的生理功能及其相關(guān)作用機(jī)制提供了新研究方法，也為柔性可降解生物傳感器的設(shè)計(jì)和制備提供了新的思路。清華大學(xué)材料學(xué)院副教授尹斕為本文的通訊作者，材料學(xué)院博士后李嶸峰、北京市創(chuàng)傷骨科研究所副研究員綦惠、清華大學(xué)電子系博士生馬源以及材料學(xué)院博士生鄧雨平為共同第一作者，合作者包括天津醫(yī)科大學(xué)研究員張栩，副研究員何金龍、北京市創(chuàng)傷骨科研究所副主任技師景金珠，主管技師杰永生，牛津大學(xué)博士生Laura Wheatley，清華大學(xué)電子系副教授張沕琳，副教授盛興，本科生黃琮熹等。本工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金、北京市自然科學(xué)基金以及清華大學(xué)自主科研基金的支持。
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