生物传感器实现对芯片上器官的实时氧气监测
器官芯片概念创建了模仿特定器官功能的小规模生物结构，例如以与肺相同的方式将氧气从空气中转移到血液中。目标是使用这些器官芯片（也称为微生理模型）来加快高通量测试，以评估毒性或评估新药的有效性。
但是，尽管近年来芯片上的器官研究取得了重大进展，但使用这些结构的一个障碍是缺乏旨在实际从系统中检索数据的工具。收集数据的现有方法是进行生物测定、组织学或使用其他涉及破坏组织的技术。我们需要的是能够提供一种在不影响系统运行的情况下实时收集数据的工具。
全身的氧气水平差异很大；例如，在一个健康的成年人中，肺组织的氧气浓度约为 15%，而肠道内层的氧气浓度约为 0%。这很重要，因为氧气直接影响组织功能。要了解器官将如何正常运作，在进行实验时，芯片上的器官中必须保持“正常”的氧气水平。这意味着不仅要监测芯片上器官周围环境中的氧气水平，还要监测其组织中的氧气水平。
为了应对这些挑战，开发了一种生物传感器，使研究人员能够实时跟踪器官芯片系统中的氧气水平，从而确保此类系统更接近地模拟真实器官的功能。如果器官芯片希望在药物和毒性测试等应用中发挥其潜力，这一点至关重要。
生物传感器的关键是一种磷光凝胶，它在暴露于红外光后会发出红外光。但是凝胶暴露在光线下和发出回声闪光之间的延迟时间会有所不同，具体取决于其环境中的氧气量。氧气越多，滞后时间越短。这些滞后时间仅持续几微秒，但通过监测这些时间，研究人员可以测量低至十分之一百分比的氧气浓度。
为了使生物传感器工作，在其制造过程中必须将一层薄薄的凝胶结合到芯片上的器官中。由于红外光可以穿过组织，因此使用“读取器”（发射红外光并测量磷光凝胶的回声闪光）来重复监测组织中的氧气水平，滞后时间以微秒为单位测量。
该生物传感器已在三维支架中成功测试，该支架使用人类乳腺上皮细胞对健康和癌组织进行建模。下一步是将其整合到一个系统中，该系统会自动进行调整以保持所需的氧气浓度。
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