低成本的塑料傳感器可以監測各種健康狀況

一個國際研究團隊開發了一種由半導體塑料制成的低成本傳感器，可用于診斷或監測各種健康狀況，如手術并發癥或神經退行性疾病。

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

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

“在我們的工作中，我們克服了傳統電化學生物傳感器的許多局限性，這些傳感器將酶作為傳感材料，”主要作者，劍橋大學化學工程和生物技術系博士后研究員Anna-Maria Pappa博士說。“在傳統的生物傳感器中，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。

為了構建他們的傳感器，Pappa和她的同事使用帝國理工學院開發的一種新合成的聚合物作為分子線，直接接受電化學反應過程中產生的電子。當材料與諸如汗液，眼淚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傳感器相比，這導致顯著更高的靈敏度。

此外，當傳感器被整合到更復雜的電路中時，例如晶體管，信號可以被放大并響應代謝物濃度的微小波動，盡管設備的尺寸很小。

傳感器的初始測試用于測量乳酸水平，其可用于健身應用或監測手術后的患者。然而，根據研究人員的說法，通過加入適當的酶，可以很容易地修改傳感器以檢測其他代謝物，如葡萄糖或膽固醇，并且可以通過改變設備的幾何形狀來調整傳感器可以檢測的濃度范圍。

“這是第一次使用可以定制的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：直到現在，這還不是直截了當的，”Pappa說。“它開辟了生物傳感的新方向，可以設計材料與特定代謝物相互作用，從而產生更靈敏，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用中實現。

“可植入裝置可以讓我們在壓力條件下實時監測大腦的代謝活動，例如在癲癇發作期間或之前，可用于預測癲癇發作或評估治療，”Pappa說。

研究人員現在計劃開發傳感器，以便在體外實時監測人體細胞的代謝活動。Pappa所在的生物電子系統和技術部門專注于開發能夠密切模仿器官的模型，以及能夠實時準確評估它們的技術。開發的傳感器技術可與這些模型一起使用，以測試藥物的效力或毒性。