美國麻省理工學(xué)院(MIT)的一個跨學(xué)科研究小組打造出一種新型的活性傳感器,其方式是結(jié)合水凝膠(由高達(dá)95%的水組成)的特殊性質(zhì)與基因改造的活細(xì)胞,使其富有彈性與生物兼容性,并可在遇到某種化學(xué)物質(zhì)發(fā)光。
研究人員從細(xì)胞注入的水凝膠中制造出不同的穿戴式傳感器,包括帶有指套的橡膠手套在觸摸經(jīng)化學(xué)污染的表面后發(fā)出光澤,以及一種貼在人體皮膚上的繃帶,在按壓到化學(xué)物質(zhì)后會發(fā)亮。
這項(xiàng)研究發(fā)表在美國國家科學(xué)院(National Academy of Sciences;NAS)最近一期的院刊上,文中展示了這種新材料有潛力能感測在環(huán)境中與人體中的化學(xué)物質(zhì)。
根據(jù)MIT機(jī)械工程副教授趙選賀的說法,這種混合的“活性材料”適用于感測各種不同的化學(xué)物質(zhì)和污染物,應(yīng)用范圍從犯罪現(xiàn)場調(diào)查和法醫(yī)科學(xué)到污染監(jiān)測和醫(yī)療診斷等。雖然水凝膠能有效地將活細(xì)胞限制在潮濕和營養(yǎng)豐富的環(huán)境中,但它也夠堅(jiān)韌且具有生物兼容性,足以與其他軟性橡膠材料共同設(shè)計,從而打造出多功能的生物化學(xué)傳感器。
在過去,科學(xué)家只能在仔細(xì)控制的環(huán)境中以培養(yǎng)皿保存活細(xì)胞,因而難以利用活細(xì)胞在合成材料中的熒光性質(zhì)。在這項(xiàng)研究中,研究人員先采用3D印刷和微成型技術(shù),制造出水凝膠層和圖案化的窄信道。
接著,研究人員融合水凝膠至一層彈性氣孔,使氧氣得以進(jìn)入,并將大腸桿菌細(xì)胞注入通道中,使其在與某些化學(xué)物質(zhì)(可讓水凝膠通過)接觸時發(fā)出熒光。將水凝膠/彈性混合材料浸泡在營養(yǎng)液中,使得整個水凝膠中注滿營養(yǎng)成份,則可維持細(xì)菌細(xì)胞存活和活躍數(shù)天。
這種混合材料可嵌入窄通道,可設(shè)計成對各種生物化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)(可將每一種化學(xué)物質(zhì)設(shè)計成都有相應(yīng)發(fā)光的細(xì)菌),而打造出可穿戴的貼片或具有感測尖端的手套。“活性貼片”在感測到各自的化學(xué)敏感物質(zhì)即以發(fā)亮作回應(yīng)。
該研究小組還開發(fā)出一個理論模型,協(xié)助指導(dǎo)其他研究人員設(shè)計類似的活性材料和設(shè)備。趙選賀預(yù)計,這種手套或橡膠鞋底內(nèi)襯化學(xué)感測水凝膠或繃帶,即可用于檢測感染或疾病跡象。
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