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金纳米颗粒纹身传感器革新持续健康监测

可植入传感器持续传输体内生命体征、物质或药物浓度信息的构想,长期吸引医学家和科学家。此类传感器能持续监测疾病进展和治疗成效。但至今植入式传感器不适合永久留体内,须数天或数周更换。一是植入排斥——身体识别传感器为异物;二是指示浓度变化的传感器颜色不稳定,随时间褪色。美因茨约翰内斯·古腾堡大学(JGU)科学家开发新型植入式传感器,可在体内运行数月。传感器基于色稳定金纳米颗粒,修饰特定分子受体。嵌入人工聚合物组织,纳米金植入皮下,通过颜色变化报告药物浓度变化。

Carsten Sönnichsen教授团队多年用金纳米颗粒作传感器在微流控细胞检测微量蛋白。金纳米颗粒充当光的微型天线,强吸收散射光,故呈彩色。它们随环境改变变色。Sönnichsen团队利用此概念用于植入医疗感测。

为防微粒游离或被免疫细胞降解,将其嵌入具组织稠度的多孔水凝胶。植入皮下后,微小血管和细胞长入孔隙。传感器融入组织,不被排斥为异物。“我方传感器如隐形纹身,不大于一便士、薄于1毫米,”Sönnichsen说。因金纳米颗粒为红外,肉眼不可见。但特种测量装置可无创透过皮肤检测其颜色。

研究将金纳米颗粒传感器植入无毛大鼠皮下。给药各剂量抗生素后监测传感器颜色变化。药物分子经血流输送至传感器。结合金纳米颗粒表面特定受体,诱导依药物浓度的颜色变化。得益于色稳定金纳米颗粒和组织整合水凝胶,传感器数月内保持力学光学稳定。

有色物体随时间褪色。金纳米颗粒不褪色,永久保色。易包覆不同受体,成植入式传感器理想平台。

此概念可推广,有潜力延长植入式传感器寿命。未来金纳米颗粒植入式传感器可同时观测体内不同生物标志物或药物浓度。可用于药物开发、医学研究、个性化医疗如慢病管理。

传感器

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