Nature Comm.: 可实现一氧化氮实时监测的柔性瞬态生物传感器

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人体中关键生物标记物的精确和连续测量可以为健康评估、药物指导、外科干预方案制定和术后监测提供科学依据。NO作为内源性的生物活性分子广泛地存在于哺乳动物体内的各个组织和器官，不同浓度的NO对生物体的一系列生理活动诸如血管功能调节、神经递质释放、免疫系统调节等均具有重要影响。因此实时监测生物体内NO水平对了解NO与生物机体的相互作用机理以及某些疾病的诊断和治疗具有重要意义。已有NO探测器所用材料均不可降解，器件在首次植入体内进行NO含量检测后需要再次手术取出，增加了感染几率和操作成本。

近日，清华大学材料学院尹斓课题组在Nature Communications 上发表了题为“A flexible and physically transient electrochemical sensor for real-time wireless nitric oxide monitoring”的研究论文，制备了一种可用于生物体释放一氧化氮（NO）实时监测的瞬态传感器件。

在本研究中，科研人员利用模板法制备了聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯共聚物（PLLA-PTMC）柔性可降解基底材料，然后在其上磁控溅射了纳米金薄膜构建探测电极系统，最后在工作电极表面通过电化学聚合的方法制备了对NO具有选择特异性的丁香酚薄膜。通过相关性能表征，整个器件体现出低探测极限（3.92 nM）、宽探测范围(0.01–100 μM)、即时响应特性(< 350 ms) 以及良好的抗干扰性能。该传感器不仅可以定量检测动物细胞以及组织释放出的NO信号，在集成无线传输装置和数据可视化软件后，植入哺乳动物体内的传感器还可以长时间实时监测骨关节腔内NO浓度变化。此外，整个器件在体内生理环境下可以实现完全物理消失和降解。元素含量测试以及组织染色切片观察表明，体内无器件构成元素残留，细胞形态如常，传感器体现出良好的生物相容性以及可降解特性。

图1. 柔性瞬态NO传感器结构示意图

图2. 柔性瞬态NO传感器性能: (a) NO响应曲线; (b) 抗干扰性能; (c) 软骨细胞NO浓度持续监测; (d) 新西兰白兔骨关节腔内NO浓度持续监测; (e) NO传感器降解过程

该研究成果为明确内源性NO的生理功能及其相关作用机制提供了新研究方法，也为柔性可降解生物传感器的设计和制备提供了新的思路。清华大学材料学院副教授尹斓为本文的通讯作者，材料学院博士后李嵘峰、北京市创伤骨科研究所副研究员綦惠、清华大学电子系博士生马源以及材料学院博士生邓雨平为共同第一作者，合作者包括天津医科大学研究员张栩，副研究员何金龙、北京市创伤骨科研究所副主任技师景金珠，主管技师杰永生，牛津大学博士生Laura Wheatley，清华大学电子系副教授张沕琳，副教授盛兴，本科生黄琮熹等。本工作获得了国家自然科学基金、中国博士后基金、北京市自然科学基金以及清华大学自主科研基金的支持。

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