澳科学家研发生物传感器，可实现低成本监测肿瘤或揭示中风的影响

当前，实时准确监测患者体内药物水平和生物分子的工具和手段仍然难以满足医疗现实需求。到目前为止，发明的大多数植入式监护仪依赖于高科技和昂贵的探测器，如CT扫描或MRI。利用廉价且便携的超声波作为手段来追踪疾病状态，一直以来都是一个难以实现的难题，例如响应新药对肿瘤的反应或诊断肌钙蛋白而引发心脏病的风险。

可以植入体内的微小、无毒的生物传感器可以为医生和研究人员提供有关不同身体过程的全新视角。这些可能是电池供电的设备，通过皮肤检测微妙的运动来跟踪呼吸和心率；也可以是其他设备，通过监视周围的组织来揭示人体对植入的假体的反应。

澳大利亚蒙纳士大学的科学家则着手开发一种生物传感器，该传感器可以通过超声波监测体内的药物水平和生物分子。如今的超声成像依赖于由充气微气泡组成的造影剂，然而这些造影剂最多只能工作20分钟左右，所以该团队将目光投向了具有更大持久力的解决方案。

超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。 超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用。

澳大利亚科学家利用该技术开发了他们所谓的世界上第一个超声波生物传感器，并表示这种传感器可用于以较低成本监测肿瘤或揭示中风的影响。

他们开发出由涂有甲基丙烯酸聚合物的二氧化硅核组成的纳米颗粒，这使得颗粒对pH值有响应。这些可以植入到组织深处，在其中pH值的变化会导致粒子刚度的变化，可以由体外的标准超声波扫描仪获取。这在模拟生物组织、小鼠尸体组织和活小鼠的凝胶体模中得到了证明。

研究人员认为，以这种方式监测肿瘤的pH值可以提供一种非侵入性的方式来实时跟踪肿瘤对药物的反应，从而可以调整剂量以满足个体患者的需求。但是他们希望这项技术能够提供更多的功能，并指出纳米粒子可以适应跟踪更复杂的生物标记物，例如监测中风影响的氧气或与其他疾病相关的蛋白质。

科学家们现在将开始在实际的动物疾病模型上测试该技术。最终，他们希望这项技术能够与智能手机等设备配合使用，从而消除对复杂的医院或实验室设备的需求，并为在偏远地区治疗患者开辟了新的可能性。

生物传感器

生物传感器（biosensor），是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。

生物体中能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合，酶与基质的结合。

生物传感器的应用：

1、用于选择性鉴定致命菌株

公元前的研究人员，与来自波士顿大学的同事合作，开发了一种传感器，称为石墨烯场效应晶体管（G-FET），该样机首次在单一平台上对致病菌金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和耐抗生素的鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）进行了选择性、快速和廉价的电检测。

抗菌素耐药性致病菌的迅速增加已成为全球的一大威胁，这在很大程度上是由于抗生素的过度使用。波士顿大学生物学副教授Tim van Opijnen说，这主要是由于缺乏快速、廉价、可扩展和准确的诊断方法。

该团队对现有的肽进行了修饰，使其能够附着在石墨烯（碳的单原子层）上。这些肽被设计成与特定的细菌结合，排斥所有其他的细菌。本质上，G-FET能够监测石墨烯上的电荷，同时将其暴露于各种生物制剂中。

由于肽段的选择性，研究人员能够准确定位它们与所需菌株的连接，该团队在《g - fet辅助快速、选择性和单细胞检测抗生素耐药细菌》一文中报道。通过电性监测电阻，并最终对设备进行充电，石墨烯上附着的细菌就可以被分解，即使只是单个细胞。

研究小组报告说，为了提高速度和灵敏度，在液体上加了一个电场，把细菌带到设备上，再次利用细菌上的电荷。这一过程被称为双电电泳，之前从未应用于石墨烯基传感器，该研究小组报告称，这可能为显著改善该领域应用石墨烯生物传感的努力打开大门。

2、可实时检测病原菌

在最近发表的《自然科学报告》（Nature Scientific Reports）中的一项研究中，来自加拿大的一组研究人员利用芯片实验室微流控技术开发了一款生物传感器，可以快速检测病原菌。在由软刻蚀制成的微流控芯片中注入细菌样本，并与微波微带环形谐振器结合，通过在样品中发送微波信号，该装置能够快速且准确地分析并生成所含细菌的报告。

针对各种情况下的大肠杆菌对该装置进行测试后，研究人员证明了在不同pH值下检测细菌浓度可以实现近乎即时的响应。该装置也能够直接观察并对细菌进行计数。通过抗生素药敏检测自动化，并提高诊断和处理细菌感染的能力，将使得临床微生物实验室受益。

该研究为重塑未来病原菌的诊断打开了新的大门。研究人员需要进一步的实验以评估快速诊断和处理不同感染的可行性。

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