近日，英國劍橋大學與沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）領導的國際科研團隊開發出一種由半導體塑料制成的低成本傳感器，它可以用于診斷或監測各種健康狀況，例如手術并發癥或神經退行性疾病。研究成果發表于《科學進展（Science Advances）》雜志。
（圖片來源：劍橋大學）
這種傳感器能夠測量一些關鍵代謝物的數量，例如汗液、淚液、唾液、血液中的乳酸或葡萄糖。當集成到診斷設備中時，它可以快速、便宜、準確地監測健康狀況。這種新設備的設計比現有的傳感器要簡單得多，為細胞水平的健康監測提供了廣泛的新可能性。
目前，研究中采用的那些半導電塑料，正用于太陽能電池和柔性電子的開發，但是尚未廣泛應用于生物領域。
劍橋大學化學工程與生物技術系博士后研究員、論文領導作者 Anna-Maria Pappa 博士表示：“在研究中，我們已經突破了用酶作為傳感材料的傳統電化學傳感器的許多局限。在傳統生物傳感器中，傳感器電極與傳感材料之間的通信并不是很高效，所以有必要添加分子導線來‘增強’信號。”
為了開發他們的傳感器，Pappa 和她的同事們采用帝國理工大學新合成的聚合物作為分子導線，直接接收電化學反應期間產生的電子。當材料與汗液、淚液、血液產生接觸時，它會吸收離子并產生溶脹 ，變得與液體融合在一起。相比于由金屬電極制成的傳統傳感器，其靈敏度明顯高很多。
此外，當傳感器合結合更復雜的電路例如晶體管時，信號會被放大并對于代謝物濃度的微小波動作出響應，盡管設備的尺寸可以做得很小。
傳感器的初始測試是用于測量乳酸水平，這對于健康應用或者病人的術后監測很有用。然而，研究人員稱，傳感器可以經過簡單修改，包含適當的酶，來檢測其他代謝產物，例如葡萄糖或者膽固醇。而且，傳感器檢測的濃度范圍可通過改變設備的幾何形狀來調整。
Pappa 表示：“這是首次采用一種接收電子的聚合物，它可以經過調整用于改善酶之間的通信，從而直接監測代謝物。在這之前，此類監測都無法直接完成。它為生物傳感領域開辟了新的方向，材料可以經過設計與特定的代謝物相互作用，帶來敏感度和選擇性都好很多的傳感器。”
因為傳感器并不是由金或鉑之類的金屬組成，所以它的制造成本相對較低，并且很容易與可拉伸的柔性基底結合到一起，從而實現可穿戴或者植入式的傳感應用。
Pappa 表示：“植入式設備使我們能夠在壓力狀態下，例如發病期間或者前一刻，實時檢測大腦的代謝活動，用于預測發病或評估治療。”
目前，研究人員正在計劃開發一種在體外實時檢測人類細胞代謝活動的傳感器。Pappa 所處的生物電子系統和技術小組正專注于開發模仿我們器官的近似模型，并精準地實時評估這些模型的技術。先進的傳感器技術可以與這些模型一起使用，測試藥物的效力與毒性。
