復旦團隊研制出了一款可注射的纖維狀生物傳感器？

 前段時間，復旦大學一團隊成功研制出了一款可注射的纖維狀生物傳感器。該研究團隊是由復旦大學高分子科學系教授彭慧勝、航空航天系教授徐凡、生命科學學院教授俞洪波等多學科專家團隊組成的。

這款新型傳感器就像一塊“肌肉”一樣，可以輕松植入體內，并實時獲取人體健康相關數(shù)據(jù)。該項研究成果以《螺旋碳納米管纖維電化學傳感器實現(xiàn)了多種疾病標記物的長期體內監(jiān)測》(“Functionalized helical fibre bundles of carbon nanotubes as electrochemical sensors for long-term in vivo monitoring of multiple disease biomarkers”)為題，在線發(fā)表于《自然-生物醫(yī)學工程》(Nature Biomedical Engineering)雜志。

隨著醫(yī)療技術的發(fā)展和疾病防治重視程度的提高，個人生理信息的實時監(jiān)測及其帶來的個體化醫(yī)療受到關注。而電化學生物傳感器是一類可以將化學信號轉化成電信號的裝置，可用于檢測特定化學物質的信號，在可穿戴醫(yī)療等領域有著廣泛應用。

然而，不論是現(xiàn)有的體外電化學傳感器還是植入式傳感器都存在一定的應用限制。據(jù)介紹，現(xiàn)有的體外電化學傳感器多將汗液、尿液作檢測媒介。由于這些媒介不能連續(xù)存在，成分單一且檢測不準確，往往會限制監(jiān)測的連續(xù)性、準確性和多元化。相較而言，盡管現(xiàn)有的可植入式傳感器以體液作媒介，可以準確、實時檢測人體中的生理信號，為人們提供及時的健康信息，卻因其材料本身模量大存在剛性器件和柔軟組織間重復機械損傷的問題。另外，現(xiàn)有植入式器件基于二維平面結構設計，植入方法主要基于傳統(tǒng)手術，很難實現(xiàn)微創(chuàng)的植入，導致難以和組織形成穩(wěn)定界面，無法實現(xiàn)長期和準確的檢測，亦會影響到信號采集和生物安全。

面對上述問題，復旦大學研究團隊通過“仿生肌肉結構”的方法，設計了具有多級螺旋結構的纖維狀電化學傳感器。團隊通過力學模擬和納米壓痕實驗證明碳納米管纖維相對傳統(tǒng)的植入材料如金絲或聚二甲基硅氧烷等具有更低的彎曲內應力，且其抗彎剛度相對于其他傳統(tǒng)植入材料更接近柔軟的組織，并借鑒傳統(tǒng)靜脈注射方法，利用與纖維一維結構相適應的注射方法，將纖維狀傳感器準確植入至目標區(qū)域，纖維在體外的形態(tài)類似于動物毛發(fā)貼附在皮膚表面。通過細胞實驗及組織切片，該纖維在注射后沒有使動物產(chǎn)生炎癥反應和疤痕，并且與周圍組織結合良好，證明了纖維傳感器具有優(yōu)異的生物相容性和生物整合性。

生物體內的化學物質種類繁多且分布不均，為滿足實際檢測的需求，研究團隊還設計了具有軸向或者徑向結構的多級纖維狀傳感器，分別可以實現(xiàn)在不同位點對同一物質的分布進行檢測(如腫瘤中過氧化氫的分布)或者在同一位點對不同種類的化學物質進行檢測(如血液中的鈣離子和葡萄糖)。以血糖和血鈣的檢測為例，纖維狀傳感器可以對血管內鈣離子和葡萄糖進行實時監(jiān)測，得到的結果和商用傳統(tǒng)檢測方法相比效果良好。

據(jù)介紹，這項工作在生物電子學領域發(fā)展出一個新的方向。通過集成電路、藍牙和相應軟件，利用該器件將可遠程對生理數(shù)據(jù)進行實時采集。且器件可以在血管中穩(wěn)定工作四周。

該研究得到科技部、國家自然科學基金、上海市科委、上海市教委等的資助。