臨床診斷及生物傳感器
關注創建者：匿名 創建時間：2016-03-11
臨床診斷及生物傳感器的實例教程
呼吸機中用于監測CO2的元件是二氧化碳傳感器。CO? 傳感器用于各種醫療應用，從用于檢測 CO? 溶解水平的簡單 pH 敏感紙到用于幫助診斷心肺功能的二氧化碳圖的超高速傳感器。GSS 是為一系列這些醫療應用設計 CO? 傳感器的世界領先者。
GSS 專門設計了 SprintIR系列傳感器來滿足高速和快速響應時間的要求。它們功率低、結構緊湊，并且與泵送氣體分析系統兼容。結合其準確、高速和分辨率的采樣特性，它們使用戶能夠以無與倫比的保真度分析 CO? 波形。這些傳感器有多種版本，能夠測量高達 100% 濃度的 CO? 水平。
SprintIR-W、SprintIR6S采樣頻率為 20Hz，SprintIR?-R 采樣頻率為 50Hz。這意味著在 SprintIR-R 的情況下，假設氣體流速可以支持它，傳感器可以以 12 位分辨率解析高達 25Hz 的空間頻率分量。這使其成為支持新一代二氧化碳監測應用的理想選擇。
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展開 近日，一項發表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應及多細菌區分能力，有望重塑細菌檢測技術格局。
細菌檢測技術的現狀與痛點
細菌感染仍然是全球發病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會加劇臨床結果。然而，傳統檢測手段存在顯著短板：微生物培養需數天時間，PCR與酶聯免疫吸附試驗（ELISA）技術依賴實驗室條件且操作復雜，難以在資源有限地區推廣應用。即便在技術相對成熟的場景，這些方法對早期感染的低濃度細菌也常出現漏檢，延誤治療時機。
近年來，光學生物傳感器憑借無標記檢測、實時分析、可微型化等優勢成為研究熱點，其中等離子體傳感器因對局部折射率變化的超高敏感性脫穎而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質界面的激發，可將電磁場強局域化，極大增強光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測奠定基礎。但現有技術在特異性、多參數優化及實際環境適應性上仍有提升空間。
MIM 雙環諧振器傳感器的設計與優化
（一）核心結構：MIM雙環諧振器的設計
該傳感器采用MIM雙環諧振器結構，其結構如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質基板構成，通過納米環與垂直臂的巧妙布局實現電磁場強約束。具體設計中，金納米環與金背反射器的組合被選為最優方案——金具有優異的等離子體共振特性與化學穩定性，可有效減少生物環境中的干擾；絕緣介質基板由一層制成，厚度經優化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結構參數通過粒子群優化（PSO）算法迭代優化，最終確定關鍵尺寸如表1所示。
展開 準BIC共振所對應的超表面相關的表面電荷主要積聚在諧振器的邊緣以及較寬的間隙區域，形成了一個電偶極子和磁偶極子的耦合效應，因此在準BIC情況下，會產生Fano線形的新諧振峰。同時，這表明電磁能量集中在諧振器的邊緣，意味著與痕量分析物相互作用的可能性更高。
圖6 仿真準BIC時表面電流分布情況。左圖為論文結果，右圖為復現結果。
最后，為了研究所提出的超表面的光學傳感性能，采用具有一定厚度的分析物進行模擬。為了涵蓋太赫茲傳感研究中使用的生物醫學材料，我們調節分析物的介電常數對光譜進行分析，如圖7所示，來比較準BIC模式和本征模式的傳感性能。折射率生物傳感器的靈敏度S定義為Δf/Δn，其中Δf是將分析物置于超表面上時的共振頻率偏移，Δn 表示模擬分析物的折射率。準BIC模式的電磁能量集中在諧振器的邊緣，而本征模式的電磁能量位于諧振器中間的連接處（圖6）。從圖中可以計算得出，本征峰的靈敏度317 GHz/RIU，準BIC峰的靈敏度為523 GHz/RIU，這進一步說明了準BIC共振相對于本征共振具有更出色的傳感能力。
圖7 本征峰與準BIC峰的仿真模擬結果
太赫茲超表面生物傳感技術因其獨特的優勢使其在下一代高靈敏、快速、無損生物分子檢測技術中占據核心地位，正處于一個充滿活力的快速發展期。未來，隨著跨學科合作的深入和技術壁壘的不斷突破，該技術不僅將深刻變革生物醫學檢測的面貌，更將在精準醫療、生命科學研究和公共健康安全等領域發揮不可替代的關鍵作用，開啟生物分子檢測的新時代。
展開 導讀
近日，美國加州大學圣迭戈分校開發出一種小型化、低功耗、可注射的生物傳感器，它將可以用于長時間、不間斷的酒精檢測。該芯片小到足以嵌入人體表皮之下，并能通過可穿戴設備例如智能手表或貼片無線供電。
背景
飲酒，是一種歷史悠久而普遍的生活習慣和社會風俗。許多朋友都喜歡喝酒，但是也許很多人并不清楚，酒是世界上使用最為廣泛的成癮性物質。長期過量飲酒可造成酒精濫用和酒精成癮，并伴發多種精神損害、軀體損害和社會損害。
對于酒精成癮癥患者的治療來說，其中一個重要挑戰就是，缺少用于常規檢測的便捷工具。目前，評估血液中酒精含量的最常規方法就是：呼吸分析儀。但是，它的缺點是相對笨重，還需要患者主動吹氣，且并不是十分精準。血液測試是最精準的方法，但是需要訓練有素的技術人員才能操作。
也許，將酒精傳感器如同文身一樣佩戴在皮膚上，是一個有前途的新選擇。筆者也曾介紹過這方面的創新案例，例如美國國家生物醫學影像與生物工程研究所開發的生物傳感器貼，就如同文身一般，它可以刺激汗液分泌，并檢測汗液中的酒精含量。但是，文身類的皮膚貼片也存在一些缺點，就是很容易被移除，且只支持一次性使用。
（圖片來源：美國化學會）
創新
近日，美國加州大學圣迭戈分校（University of California San Diego ）開發出一種小型化、低功耗、可注射的生物傳感器，它將可以用于長時間、不間斷的酒精檢測。該芯片小到足以嵌入人體表皮之下，并能通過可穿戴設備例如智能手表或貼片無線供電。
（圖片來源：David Baillot / 加州大學圣迭戈分校雅各布工程學院）
加州大學圣迭戈分校雅各布工程學院電氣工程系教授、該項目的領頭人 Drew Hall 表示：“這項工作的最終目標是開發一種常規的、不惹眼的酒精與藥物檢測設備，用于藥物濫用患者的治療項目。
展開 據麥姆斯咨詢報道，一款新型生物傳感器允許研究人員實時跟蹤“器官芯片”系統中的含氧量，從而可以確保這些系統更真實地模仿器官功能。如果希望實現器官芯片在藥物和毒性測試等應用，這一點至關重要。該款生物傳感器由北卡羅來納州立大學和北卡羅來納大學教堂山分校的研究人員開發。
十多年來，器官芯片的概念一直受到研究人員的關注。這個想法是創造模仿特定器官功能的小型生物結構，例如像肺一樣將氧氣從空氣中轉移到血液中。目標是使用這些器官芯片，也稱為微生理模型，加速對毒性或新藥有效性的高通量測試。
但是，雖然近年來芯片器官研究取得了重大進展，但使用這種方式的主要障礙是缺乏用于從系統中實際檢索數據的工具。
“在大多數情況下，收集芯片器官數據現有的唯一方法是利用生物測定、組織學，或使用其他涉及破壞組織的技術，”這款新型生物傳感器的論文作者Michael Daniele談道。Daniele是北卡羅來納州立大學電氣工程系助理教授，同時在北卡羅來納大學教堂山分校生物醫學工程聯合系任職。
“我們真正需要的是能夠實時收集數據而不影響系統運行的工具”Daniele說，“這能確保我們能夠持續收集和分析數據，并對正在發生的情況提供更豐富的洞察。我們研發的新型生物傳感器就是為上述要求而誕生，至少對含氧量而言是這樣的。”
人體各處的含氧量差異很大。例如，在健康成年人的肺組織中氧含量約為15%，而腸道內壁幾乎為0%。氧氣含量直接影響組織功能，這很重要。如果您想知道器官如何正常運作，您需要在實驗時保持芯片器官的“正常”水平的氧含量。
“實際上，我們需要一種方法來實時監測氧含量，不僅在器官芯片的現場環境中，還包括器官芯片所在的組織本身。現在我們有辦法做到了。”Daniele說。
這款生物傳感器的秘訣在于磷光凝膠，暴露于紅外光后能發射出紅外光，可以把它想象成一種回聲閃光。
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在醫療健康、食品安全與環境監測領域，病原細菌的快速精準檢測始終是一項關鍵挑戰。傳統檢測方法如微生物培養、聚合酶鏈式反應（PCR）技術等雖可靠，但存在耗時久、依賴專業設備、靈敏度不足等局限，難以滿足實時監測與現場應用需求。近日，一項發表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器，以其超高靈敏度
基于超表面的先進傳感設備已經成為創新無標簽生物傳感器的革命性平臺，有望用于早期診斷和低濃度分析物的檢測。在這里，我們對一種基于連續域束縛態的超表面傳感器進行復現【Wang R, Song L, Ruan H, et al. Research, 2024, 7: 0483】，來解決與痕量生化檢測中復雜操作相關的挑戰。
現在生物制劑是最有效和最有潛在價值的新治療產品，包括多肽、蛋白質和抗體-藥物偶聯物（ADC），以及細胞、細胞衍生產品和基因療法。這些產品在生產過程中，容易受到殘留過氧化氫的氧化或降解破壞，因為，在凈化后的曝氣過程完成后，有些痕量過氧化氫（H2O2）仍會存在于無菌處理設備中。對于早期生物制劑產品，100 ppb濃度的殘留水平可能就會造成損失。而對于較新的產品，已有數據顯示其殘留過氧化氫可能造成損失的下限已經低至
近年來，基于仿生聚合物納米通道（又稱納米孔）的生物傳感器因其可控的通道尺寸和形狀、多功能表面化學、獨特的離子傳輸特性和良好的應用穩定性而備受關注。基于穩態傳感的納米通道生物傳感器在高靈敏度、快速響應、無尺寸限制的目標分析物和廣泛的適用范圍等方面具有明顯的優勢。其中，基于聚合物材料的納米通道因其制造靈活、應用廣泛而表現突出
導電水凝膠作為柔性電子器件，不僅具有獨特的吸引力，而且滿足了機械柔性和智能傳感的基本需求。如何賦予傳統均質導電水凝膠和柔性傳感器各向異性和廣泛的應用溫度范圍仍然是一個挑戰。
近日，吉林大學超分子國家重點實驗室林權教授課題組通過定向凍結的方法制備具有各向異性的MXene導電水凝膠，其靈感來自于肌肉的有序結構
監測疾病、療法及其對身體的影響的能力是現代護理和個性化醫療的重要組成部分。實時監測可以通過分析體液或通過在體內或體內應用傳感器來實現。但是，
必須移除可植入傳感器。第二次移除程序會導致進一步的組織損傷，這可能是中樞神經系統等組織的問題。使用可生物降解的傳感器減輕了這些問題，因為它們不需要移除程序。
材料科學的最新進展使所有傳感器組件都可以生物降解成為可能。植入物的小尺寸和功率以及有限的材料選擇是決定可生物降解設備能力的主要限制因素
自7月20日南京公布疫情以來，傳播鏈就開始蔓延，部分省份接二連三的出現了疫情。而截止今日，南京現有本土確診病例220例，新冠疫情再次席卷而來，新冠病毒的恐怖之處是新冠病毒對人的身體三大損害: 損害呼吸系統、免疫系統、生育系統。
根據報道,新冠肺炎患者一旦出現咳嗽、持續發熱、不明原因乏力時,肺部CT.上可能出現白色不規則的小斑片。隨著病毒的持續“攻擊”，病情發展，感染加重。病毒大量復制,或者患者免疫功能較弱時
人體皮膚是一種“智能”的多功能保護性感覺器官，它可以通過各種感知功能 (如機械感、溫度感、痛覺等) 將環境刺激轉化為電信號，這些電信號可以通過相關的神經通路轉換到大腦。近年來，水凝膠成為模擬人體皮膚的感知功能和保護功能的熱點材料。然而，對環境與水凝膠材料之間的界面相互作用的研究卻很少。為此，東華大學武培怡教授課題組開發了新一代的具有診療功能的水凝膠離子皮膚
【科研摘要】
適應性可以滿足基本的技術應用要求。因此，迫切需要具有持久的粘合性，超高的韌性和超彈性的水凝膠基換能器。最近，
長春工業大學
高光輝教授
團隊
通過將
羧甲基殼聚糖和酪蛋白酸鈉引入聚丙烯酰胺水凝膠體系中，成功制備了皮膚狀水凝膠傳感器。
另外，聚丙烯酰胺
-酪蛋白鈉-羧甲基殼聚糖鈉（PAAM-SC-CC）水凝膠具有很強的機械性能和出色的機械柔韌性
器官芯片已經成為實現藥物篩選和個性化醫療的可行平臺。雖然多種人體器官芯片模型已經被開發，但很少有關于傳感器集成的報道，而這些傳感器對于持續測量微環境參數以及微組織對于藥物的長期動態響應至關重要。為了克服這一主要障礙，他們詳細介紹了基于電化學的生物傳感器的制備及其與微流控芯片的集成，以實現在線微電極功能化
