由于生物污染、探針降解和信號漂移等問題，開發能夠長期在體內實時、連續檢測特定分析物的生物傳感器已被證明非常困難。
過去二十年來，研究人員一直在努力開發一種有效的生物傳感器來實現上述目標，以測量我們體內的化學或生物反應，并將其測量結果作為體外可讀的信號發送出去。現在，這些生物傳感器已經能夠實時檢測藥物等微小分子，但它們的工作時間很短。仍然沒有一種可靠的生物傳感器可以長時間監測我們體內的多種物質。
據麥姆斯咨詢介紹，為了解決這一限制，美國斯坦福大學的研究人員設計了一種模塊化生物傳感器，稱為血液原位跟蹤穩定電化學納米結構傳感器（SENSBIT），將其直接植入活體大鼠的血管時，該系統可以保持長達一周的完整功能。
斯坦福大學研究團隊已將該研究成果發表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文表明，該電化學納米結構傳感器可以連續跟蹤藥物濃度曲線。并且，研究團隊在活體大鼠模型和人血清中都獲得了最大的信號功效。
從腸道功能獲得靈感
過去十年中，斯坦福大學研究團隊設計了一種分子開關，可以與體內感興趣的小分子結合，提供可讀的信號輸出，以連續測量分子的濃度。由于人體的自然免疫反應，這些開關本身很容易降解。
為了幫助防止這個問題，在他們過去的研究基礎上，該團隊將開關“隱藏”在納米多孔電極中。然后，來自這些電極的信號得以首次測量活體大鼠腫瘤內的藥物水平。盡管如此，由于免疫系統的攻擊，這項技術仍然不能在生物體內持續工作足夠長的時間。
“因此，我們需要設計一種材料系統，可以在保護分子開關的同時感知目標。”該論文的第一作者Yihang Chen說。
Chen和他的團隊從人類腸道中獲得靈感，設計了SENSBIT系統來模仿腸道的自然防御。就像腸壁上的微絨毛一樣，傳感器的3D納米多孔金表面可以保護其敏感元件免受干擾，而模仿腸道粘膜的保護涂層有助于防止降解。這種生物靈感的設計，使SENSBIT即使連續暴露于活體動物體內流動的血液多天后也能保持穩定和靈敏。
這種仿生多組分傳感器具有3D雙連續納米孔結構、聚合物涂層和適配體開關的分層納米生物界面設計，在復雜的生物環境中平衡了小分子傳感和表面保護。
在測試SENSBIT時，Chen團隊發現它在未稀釋的人血清（細胞和凝血因子被去除后剩余的血液部分）中一個月后保留了70%以上的信號，并在活鼠血管中植入一周后保留了60%以上的信號。據研究人員所知，這種類型的器件此前在靜脈內暴露的極限是11小時，而SENSBIT持續了7天。因此，SENSBIT可以在復雜的生物液體中提供可靠的實時分子監測。
理解生物學的新方法
我們的身體擁有非常協調的功能，當病毒、細菌或任何其它入侵試圖破壞我們的自然系統時知道該怎么響應。如果我們能夠理解身體是如何利用這些分子進行協調的，就有可能在癥狀出現之前發現感染。
盡管SENSBIT系統并不是連續監測分子的唯一方法，但在血液中測試，它似乎比所有類似器件都要好。
這種連續分子監測可以為新的醫學范式打開新大門，由此，我們不僅可以更早地發現疾病，而且還有望根據監測實時調整治療方法。
“我們的工作為未來的實時監測奠定了基礎。”Chen說，“我們很高興有機會推動前沿的發展。”
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41551-025-01389-6
延伸閱讀：
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
