苏州大学孙立宁/王凤霞团队《ACS AMI》：基于碳化丝纳米纤维的可降解型生物兼容的温度传感器 - 实现细胞外环境温度的实时检测

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苏州大学机电工程学院孙立宁教授团队的王凤霞研究员课题组在著名杂志《ACS Appl. Mater. Interfaces》上发表了基于碳化丝纳米纤维的可降解型生物兼容的温度传感器，实现了细胞外环境温度的实时检测。该研究成果为细胞环境的研究提供了一种新的方式。

细胞是生命科学和再生医学的重要研究对象，细胞外环境的温度会影响细胞的生理功能和生存状态，为了保证细胞正常生长，需要持续监测细胞环境温度参数的变化。目前在检测细胞温度技术中，荧光温度计的稳定性较差且荧光染料的易泄露的特点可能会对细胞状态造成负面影响。尽管热电偶或热电阻传感器已有很大的进展，然而传感器的非生物相容性限制了其在细胞环境检测中的应用。因此，研制新型的生物兼容的、高灵敏的温度传感器对于实现细胞外环境中的检测具有重要的意义。

苏州大学机电工程学院的王凤霞研究员课题组在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表了题为“Carbonized Silk Nanofibers in Biodegradable, Flexible Temperature Sensors for Extracellular Environments”的文章（DOI：10.1021/acsami.2c00384）。为了提高传感器的生物相容性，该课题组采用蚕丝蛋白作为器件的原材料，其中，活性层采用的是高温处理后的丝基碳纳米纤维为基底的复合材料，封装层和基底材料则采用再生丝素溶液混合聚氨酯的柔性复合材料。所得到的传感器显示了1.75%/℃高灵敏度和35-63℃的宽检测范围，和已报道的碳基传感器相比，展现了相似或更高的温度敏感性能。通过CCK-8法证明了丝基材料及整体传感器的生物相容性，展现了其在细胞生物领域的应用前景。同时在实际的细胞外环境检测中，传感器在水平和弯曲两种状态下都保持了相似的输出特性，证明了这种丝基传感器在细胞操作及细胞培养等过程中的应用潜力。另外，该温度传感器在0.1M的NaOH溶液中可以快速降解，降低了环境的分解负担和分解周期，避免了废弃或损坏的电子设备对环境造成污染。基于CSNF-Pt的温度传感器表现出优异的灵敏度、柔性、生物相容性和可降解性，展现了生物电子装置在细胞领域的进一步延伸。该研究成果为细胞环境的研究提供了一种新的方式。

图1. 基于CSNF-Pt温度传感器示意图

图2. 基于CSNF-Pt的传感器的生物相容性和降解性能。(a)体外细胞毒性结果显示为在不同材料中共培养72小时的BEAS-2B细胞的显微镜图像， (b)用不同培养基培养的细胞的相对生长速度，(c) 基于CSNF-Pt的温度传感器在NaOH溶液中的体外降解的连续照片。

图3. 基于CSNF-Pt的传感器在检测细胞外环境温度方面的应用。(a)测试细胞外环境温度的传感器示意图，(b)传感器在水平面上对细胞环境温度的响应，(c)传感器在弯曲面上对细胞环境温度的响应，以及(d)传感器在不同弯曲状态下的温度灵敏性。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c00384

作者团队简介：

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王凤霞 研究员 （通讯作者）

苏州大学机电工程学院江苏省先进机器人技术重点实验室

邮件：[e-mail]

王凤霞博士，苏州大学机电工程学院江苏省先进机器人技术重点实验室研究员，担任中国微米纳米机器人学会理事；担任Adv. Mater.、Organic Electronics、Journal of Material Chemistry C.、 Journal of Applied Physics及Material Letter等杂志审稿人，同时也参与国家自然科学基金的评审工作。多年来主要研究方向为机器人、传感与控制、智能制造等。已承担国家重点研发计划、十三五装备预研项目、国家自然科学基金项目等13项。已在国内外杂志发表学术论文50余篇，申请国家发明专利20余项。

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