复旦大学科学家研发一种可注射的纤维状生物传感器

来源:《中国科学报》时间:2019-11-21 16:08:27

复旦大学科学家研发一种可注射的纤维状生物传感器,植入后该传感器就像毛发一般附在皮肤表面,纤细柔软并可以实现对体内多种化学物质的长期、实时监测。

随着医疗技术的发展,个人生理信息的实时监测及其带来的个体化医疗受到关注。电化学生物传感器是一类可以将化学信号转化成电信号的装置,可用于监测特定化学物质,在可穿戴医疗等领域有着广泛应用。

据介绍,现有的可植入式传感器因其材料本身模量大,存在刚性器件和柔软组织间的重复机械损伤问题。此外,基于二维平面结构设计的植入式器件很难实现微创植入,导致难以和组织形成稳定界面,无法实现长期准确监测,从而影响到信号采集和生物安全。

复旦大学高分子科学系教授彭慧胜、副教授孙雪梅,生命科学学院教授俞洪波,航空航天系教授徐凡等多学科团队另辟蹊径,通过仿生肌肉结构的方法,设计了具有多级螺旋结构的纤维状电化学传感器。力学模拟和纳米压痕实验证明,碳纳米管纤维相对传统的植入材料(金丝、聚二甲基硅氧烷等)具有更低的弯曲内应力,且其抗弯刚度相对于其他传统植入材料更接近柔软的组织。同时,团队利用与纤维一维结构相适应的注射方法,将纤维状传感器准确植入目标区域,纤维在体外的形态类似于动物毛发贴附在皮肤表面。

随后的细胞实验及组织切片表明,纤维状传感器在注射后没有使动物产生炎症反应和疤痕,且与周围组织结合良好,纤维传感器具有优异的生物相容性和生物整合性。

据介绍,这项工作在生物电子学领域发展出一个全新方向,通过集成电路、蓝牙和相应软件,纤维状生物传感器可远程对生理数据进行实时采集,且器件可在血管中稳定工作长达4周。(吴振东 王宛艺)

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