當(dāng)前，實時準(zhǔn)確監(jiān)測患者體內(nèi)藥物水平和生物分子的工具和手段仍然難以滿足醫(yī)療現(xiàn)實需求。到目前為止，發(fā)明的大多數(shù)植入式監(jiān)護儀依賴于高科技和昂貴的探測器，如CT掃描或MRI。利用廉價且便攜的超聲波作為手段來追蹤疾病狀態(tài)，一直以來都是一個難以實現(xiàn)的難題，例如響應(yīng)新藥對腫瘤的反應(yīng)或診斷肌鈣蛋白而引發(fā)心臟病的風(fēng)險。

可以植入體內(nèi)的微小、無毒的生物傳感器可以為醫(yī)生和研究人員提供有關(guān)不同身體過程的全新視角。這些可能是電池供電的設(shè)備，通過皮膚檢測微妙的運動來跟蹤呼吸和心率；也可以是其他設(shè)備，通過監(jiān)視周圍的組織來揭示人體對植入的假體的反應(yīng)。

澳大利亞蒙納士大學(xué)的科學(xué)家則著手開發(fā)一種生物傳感器，該傳感器可以通過超聲波監(jiān)測體內(nèi)的藥物水平和生物分子。如今的超聲成像依賴于由充氣微氣泡組成的造影劑，然而這些造影劑最多只能工作20分鐘左右，所以該團隊將目光投向了具有更大持久力的解決方案。

超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術(shù)。 超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù)。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用。

澳大利亞科學(xué)家利用該技術(shù)開發(fā)了他們所謂的世界上第一個超聲波生物傳感器，并表示這種傳感器可用于以較低成本監(jiān)測腫瘤或揭示中風(fēng)的影響。

他們開發(fā)出由涂有甲基丙烯酸聚合物的二氧化硅核組成的納米顆粒，這使得顆粒對pH值有響應(yīng)。這些可以植入到組織深處，在其中pH值的變化會導(dǎo)致粒子剛度的變化，可以由體外的標(biāo)準(zhǔn)超聲波掃描儀獲取。這在模擬生物組織、小鼠尸體組織和活小鼠的凝膠體模中得到了證明。

研究人員認(rèn)為，以這種方式監(jiān)測腫瘤的pH值可以提供一種非侵入性的方式來實時跟蹤腫瘤對藥物的反應(yīng)，從而可以調(diào)整劑量以滿足個體患者的需求。但是他們希望這項技術(shù)能夠提供更多的功能，并指出納米粒子可以適應(yīng)跟蹤更復(fù)雜的生物標(biāo)記物，例如監(jiān)測中風(fēng)影響的氧氣或與其他疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)。

科學(xué)家們現(xiàn)在將開始在實際的動物疾病模型上測試該技術(shù)。最終，他們希望這項技術(shù)能夠與智能手機等設(shè)備配合使用，從而消除對復(fù)雜的醫(yī)院或?qū)嶒炇以O(shè)備的需求，并為在偏遠(yuǎn)地區(qū)治療患者開辟了新的可能性。

生物傳感器

生物傳感器（biosensor），是一種對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場效應(yīng)管、壓電晶體等等）及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。

生物體中能夠選擇性地分辯特定物質(zhì)的物質(zhì)有酶、抗體、組織、細(xì)胞等。這些分子識別功能物質(zhì)通過識別過程可與被測目標(biāo)結(jié)合成復(fù)合物，如抗體和抗原的結(jié)合，酶與基質(zhì)的結(jié)合。

生物傳感器的應(yīng)用：

1、用于選擇性鑒定致命菌株

公元前的研究人員，與來自波士頓大學(xué)的同事合作，開發(fā)了一種傳感器，稱為石墨烯場效應(yīng)晶體管（G-FET），該樣機首次在單一平臺上對致病菌金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和耐抗生素的鮑曼不動桿菌（Acinetobacter baumannii）進行了選擇性、快速和廉價的電檢測。

抗菌素耐藥性致病菌的迅速增加已成為全球的一大威脅，這在很大程度上是由于抗生素的過度使用。波士頓大學(xué)生物學(xué)副教授Tim van Opijnen說，這主要是由于缺乏快速、廉價、可擴展和準(zhǔn)確的診斷方法。

該團隊對現(xiàn)有的肽進行了修飾，使其能夠附著在石墨烯（碳的單原子層）上。這些肽被設(shè)計成與特定的細(xì)菌結(jié)合，排斥所有其他的細(xì)菌。本質(zhì)上，G-FET能夠監(jiān)測石墨烯上的電荷，同時將其暴露于各種生物制劑中。

由于肽段的選擇性，研究人員能夠準(zhǔn)確定位它們與所需菌株的連接，該團隊在《g - fet輔助快速、選擇性和單細(xì)胞檢測抗生素耐藥細(xì)菌》一文中報道。通過電性監(jiān)測電阻，并最終對設(shè)備進行充電，石墨烯上附著的細(xì)菌就可以被分解，即使只是單個細(xì)胞。

研究小組報告說，為了提高速度和靈敏度，在液體上加了一個電場，把細(xì)菌帶到設(shè)備上，再次利用細(xì)菌上的電荷。這一過程被稱為雙電電泳，之前從未應(yīng)用于石墨烯基傳感器，該研究小組報告稱，這可能為顯著改善該領(lǐng)域應(yīng)用石墨烯生物傳感的努力打開大門。

2、可實時檢測病原菌

在最近發(fā)表的《自然科學(xué)報告》（Nature Scientific Reports）中的一項研究中，來自加拿大的一組研究人員利用芯片實驗室微流控技術(shù)開發(fā)了一款生物傳感器，可以快速檢測病原菌。在由軟刻蝕制成的微流控芯片中注入細(xì)菌樣本，并與微波微帶環(huán)形諧振器結(jié)合，通過在樣品中發(fā)送微波信號，該裝置能夠快速且準(zhǔn)確地分析并生成所含細(xì)菌的報告。

針對各種情況下的大腸桿菌對該裝置進行測試后，研究人員證明了在不同pH值下檢測細(xì)菌濃度可以實現(xiàn)近乎即時的響應(yīng)。該裝置也能夠直接觀察并對細(xì)菌進行計數(shù)。通過抗生素藥敏檢測自動化，并提高診斷和處理細(xì)菌感染的能力，將使得臨床微生物實驗室受益。

該研究為重塑未來病原菌的診斷打開了新的大門。研究人員需要進一步的實驗以評估快速診斷和處理不同感染的可行性。

責(zé)任編輯：gt