當(dāng)前，實(shí)時(shí)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(shí)需求。到目前為止，發(fā)明的大多數(shù)植入式監(jiān)護(hù)儀依賴于高科技和昂貴的探測器，如CT掃描或MRI。利用廉價(jià)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(gè)難以實(shí)現(xiàn)的難題，例如響應(yīng)新藥對(duì)腫瘤的反應(yīng)或診斷肌鈣蛋白而引發(fā)心臟病的風(fēng)險(xiǎn)。

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(yùn)動(dòng)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(duì)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(tuán)隊(duì)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(duì)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(hào)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(gè)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(duì)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(huì)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(shí)時(shí)跟蹤腫瘤對(duì)藥物的反應(yīng)，從而可以調(diào)整劑量以滿足個(gè)體患者的需求。但是他們希望這項(xiàng)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(shí)際的動(dòng)物疾病模型上測試該技術(shù)。最終，他們希望這項(xiàng)技術(shù)能夠與智能手機(jī)等設(shè)備配合使用，從而消除對(duì)復(fù)雜的醫(yī)院或?qū)嶒?yàn)室設(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(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)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(hào)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(shí)別功能物質(zhì)通過識(shí)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(jī)首次在單一平臺(tái)上對(duì)致病菌金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和耐抗生素的鮑曼不動(dòng)桿菌（Acinetobacter baumannii）進(jìn)行了選擇性、快速和廉價(jià)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(jià)、可擴(kuò)展和準(zhǔn)確的診斷方法。

該團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)有的肽進(jìn)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(jì)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(bào)道。通過電性監(jiān)測電阻，并最終對(duì)設(shè)備進(jìn)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(gè)細(xì)胞。

研究小組報(bào)告說，為了提高速度和靈敏度，在液體上加了一個(gè)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(bào)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(shí)時(shí)檢測病原菌

在最近發(fā)表的《自然科學(xué)報(bào)告》（Nature Scientific Reports）中的一項(xiàng)研究中，來自加拿大的一組研究人員利用芯片實(shí)驗(yàn)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(hào)，該裝置能夠快速且準(zhǔn)確地分析并生成所含細(xì)菌的報(bào)告。

針對(duì)各種情況下的大腸桿菌對(duì)該裝置進(jìn)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(shí)現(xiàn)近乎即時(shí)的響應(yīng)。該裝置也能夠直接觀察并對(duì)細(xì)菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過抗生素藥敏檢測自動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以評(píng)估快速診斷和處理不同感染的可行性。

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