最新低成本塑料传感器可监测健康情况

近日，一个由国际研究人员组成的研究小组开发出一种由半导体塑料制成的低成本传感器，可用于诊断或监测各种健康状况，如手术并发症或神经退行性疾病。

据了解，该传感器可以测量存在于汗水，眼泪，唾液或血液中的关键代谢物（如乳酸或葡萄糖）的量，并且当纳入诊断设备时，可以快速，便宜和准确地监测健康状况。新设备的设计比现有传感器简单得多，为健康监测开辟了多种新的可能性，直至细胞水平。该设备由剑桥大学和沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学（KAUST）领导的团队开发。诸如目前工作中使用的半导体塑料正在开发用于太阳能电池和柔性电子器件，但尚未在生物应用中广泛使用。

“在我们的工作中，我们已经克服了将酶作为传感材料的传统电化学生物传感器的许多局限性。”该技术的主要作者——剑桥化学工程与生物技术部的博士后研究员Anna-Maria Pappa博士说。“在传统的生物传感器中，传感器电极和传感材料之间的通信效率不高，因此有必要添加分子线以促进和提升信号。”

为了构建它们的传感器，Pappa和她的同事们使用了帝国学院开发的新合成聚合物，作为分子线，直接接受电化学反应过程中产生的电子。当物质与汗液，眼泪或血液等液体接触时，它会吸收离子并膨胀，与液体融合。与由金属电极制成的传统传感器相比，这导致显着更高的灵敏度。

另外，当传感器被结合到更复杂的电路中时，例如晶体管，信号可以被放大并响应代谢物浓度的微小波动，尽管器件尺寸很小。

传感器的初始测试用于测量乳酸盐的水平，这对于健身应用或手术后监测患者是有用的。然而研究人员表示，通过加入合适的酶，传感器可以很容易地进行修改以检测其他代谢物，如葡萄糖或胆固醇，并且可以通过改变装置的几何形状来调整传感器可检测的浓度范围。

“这是第一次有可能使用电子接受聚合物，这种聚合物可以用来改善与酶的相互作用，从而可以直接检测代谢物。”Pappa说。“这为生物传感开辟了新的方向，材料可以设计成与特定的代谢物相互作用，从而产生更灵敏和选择性更高的传感器。”

由于传感器不包含诸如金或铂等金属，因此可以以较低的成本制造，并且可以很容易地结合到柔性和可拉伸的基底中，从而使它们可以在可穿戴或植入式感测应用中实现。

Pappa说：“植入式设备可以使我们能够在压力条件下实时监测大脑的代谢活动，例如在癫痫发作期间或即将发作前，并可用于预测癫痫发作或评估治疗。”

研究人员现在计划开发传感器来实时监测人体细胞的代谢活动。Pappa所依托的生物电子系统和技术集团致力于开发能够密切模拟器官的模型，以及能够实时准确评估它们的技术。开发的传感器技术可以与这些模型一起使用来测试药物的效力或毒性。