持續監測人體分子狀態的能力有望優化藥物遞送或實現癌癥等致命疾病的早期檢測。過去二十年來，科學家致力于開發生物傳感器，以實時測量體內的生化反應并向外傳輸可讀信號。盡管現有傳感器已能檢測微小分子（如藥物），但其工作壽命短暫，尚無可長期穩定監測多種物質的可靠生物傳感器。
受人類腸道結構啟發，斯坦福大學的研究團隊近日開發了一種模塊化合成生物傳感器——“穩定電化學納米結構血液原位追蹤傳感器”（SENSBIT）。該傳感器植入活體大鼠血管后，可穩定工作長達一周，并能持續追蹤藥物濃度變化，在活體大鼠模型和人血清中均表現出最佳信號效能。
據悉，這項研究始于十多年前，相較于現有技術，SENSBIT 在血液中的穩定性提升了一個數量級，是下一代生物傳感器的重大突破。相關成果以題為“A biochemical sensor with continuous extended stability in vivo”發表在 Nature Biomedical Engineering。
血液檢測是臨床護理和健康監測的基石，但絕大多數檢測僅能提供單次瞬時數據。研究者指出：“緊湊或可穿戴傳感器若能持續監測循環分析物，將極大擴展血液監測的應用范圍，如追蹤疾病狀態、藥物劑量或代謝活動。”然而，長期體內血液檢測面臨生物污染、探針降解和信號漂移等難題，導致過去的嘗試屢屢受挫。
斯坦福大學 Tom Soh 實驗室歷時十年設計了一種分子開關，可結合體內目標小分子并輸出可讀信號。但分子開關易被免疫系統降解，因此團隊曾將其封裝在納米多孔電極中以延長壽命。盡管該技術首次實現了活體大鼠腫瘤內藥物水平的實時監測，但仍無法長期穩定工作。
受腸道黏膜啟發，他們設計了模仿腸道天然防御機制的 SENSBIT 系統：3D 納米多孔金表面，模擬腸道微絨毛結構，隔離電化學修飾的適配體開關“受體”，避免樣本基質干擾；超支化聚合物涂層，模仿黏膜聚糖的保護作用，防止傳感器降解和污染。
這種仿生設計使 SENSBIT 在活體動物血液環境中連續暴露多日后仍保持穩定性和靈敏度。
SENSBIT 系統測試表明，在未稀釋的人血清中，SENSBIT一個月后仍保留 70% 以上的信號；植入活體大鼠血管一周后，信號保留率超 60%；相比之下，同類設備的既往靜脈內工作極限僅為 11 小時，而 SENSBIT 持續工作 7 天，遠超臨床外周靜脈設備 4 天更換的要求。
圖 | SENSBIT 在體外人血清中孵育一個月后的表現
人體對病毒、細菌等入侵者有一套精密的防御機制。若能通過分子監測理解這一過程，或可在癥狀出現前發現感染。盡管 SENSBIT 并非唯一策略，但其性能顯著優于現有血液檢測設備。
作者總結道：“這一簡單的多組件傳感器設計可成為長期監測血液生物標志物的通用平臺，其耐用性和穩定性超越以往報道的傳感器。”
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https://doi.org/10.1038/s41551-025-01389-6
