臨床診斷及生物傳感器的案例
SprintIR系列傳感器臨床CO2監測應用的理想選擇
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 Lumerical案例 | 基于MIM雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器
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 基于連續域束縛態（BIC）的生物傳感器仿真復現
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 可注射的生物傳感器：有望長期檢測人體酒精含量！
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 
新型生物傳感器將實時監測器官芯片的含氧量
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。
展開 新型光學技術：有望改善生物傳感器，用于癌癥早期檢測！
導讀
近日，中國哈爾濱工業大學領導的科研團隊開發出一種將光線注入到硅微盤中的創新方法，可降低成本并改善芯片基生物傳感器的性能，并最終帶來用于癌癥早期診斷的低成本便攜式光學傳感器。
背景
英國倫敦圣保羅大教堂回音廊給人留下了深刻印象。通過回音廊，即使遠處的低聲耳語，也可以聽得很清楚。其實，其中的物理原理很簡單，就是聲波會沿著彎曲光滑的墻面不斷反射，在傳播過程中的衰減很小。
（圖片來源：維基百科）
然而，與“聲學回音廊”的效果類似，筆者曾介紹過美國賓夕法尼亞州立大學開發的“光學回音廊”模式的諧振器。這種諧振器可以將光線沿著微型小球的圓周旋轉數百萬次，從而創造出一種芯片基超靈敏傳感器，其用途非常廣泛。
（圖片來源：參考資料【2】）
然而，微盤也是一種微型諧振器，它采用“回音廊光學效應”囚禁并改善進入盤中的光線。與回音廊的效果類似，微盤的弧形內表面可以攜帶光波穿越微盤，從而增強光線。這將使得微盤能增強來自細胞、蛋白質和病毒的光基信號，帶來針對狼瘡、纖維肌痛、特定心臟問題等疾病相關微妙變化的更加靈敏的檢測。
創新
在定點照護（point of care）中檢測癌癥和其他疾病，需要實用的芯片基傳感器。中國哈爾濱工業大學領導科研團隊開發出一種將光線注入到硅微盤中的創新方法，可降低成本并改善芯片基生物傳感器的性能，從而滿足以上需求。這一進展最終將帶來用于癌癥早期診斷的低成本便攜式光學傳感器。
中國哈爾濱工業大學的宋青海（Qinghai Song）教授是團隊的領頭人，他說：“雖然回音廊模式的微諧振器已經能用于分解單分子，但是其應用卻受到了設備可重復性、穩定性、波長范圍方面的問題的限制。我們的新型設計帶來了優異的設備性能，能以低成本、高穩定性、更好的設備可重復性，工作于一系列波長。”
展開 過氧化氫傳感器在生物制劑中痕量過氧化氫（H2O2）檢測的應用
第三種測量殘留過氧化氫的方法是直接使用過氧化氫傳感器，可以快速、連續地測量氣相中的過氧化氫濃度。英國Alphasense 過氧化氫傳感器 雙氧水氣體傳感器 - H2O2-B1。具有穩定性好，靈敏度高以及性價比高等特點。
實際上，多數生物制藥公司都在使用過氧化氫傳感器，通過確保滅菌后生物制品后續處理（如封裝等）的安全環境，用以保證產品的穩定性；同樣，多數隔離器設備制造商也在使用過氧化氫傳感器來測試和驗證其產品與設計，或者將其與設備一起交付用戶以確保滅菌和曝氣過程的安全性。因此，考慮到生物制劑產品的安全性與穩定性，使用過氧化氫傳感器在通氣和運行過程中連續監測殘留的過氧化氫水平確實是不二選擇。
展開 《AFM`綜述》UCLA：可生物降解的植入式傳感器：材料設計、制造和應用
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。因此，探索這些參數之間的權衡的設計將始終是一個挑戰。盡管令人鼓舞的結果表明可生物降解的傳感器可以與市售的不可降解傳感器一樣準確和可靠，但可生物降解的可植入傳感器仍處于起步階段。本文批判性地回顧了該領域取得的重大進展，并強調了未來的前景。
圖1
生物可降解植入式傳感器的發展概況，包括生物材料（金屬、聚合物、硅基半導體材料）、制造技術和報告的應用。
圖2
示意圖顯示了用于制造可生物降解傳感器的各種組件和材料。
還顯示了傳感器的位置以及與外部放置的采集設備的通信。
相關綜述論文以題為
Biodegradable Implantable Sensors: Materials Design, Fabrication, and Applications
發表在《
Advanced Functional Materials
》上。
通訊作者
是
加州大學
洛杉磯分校
Nureddin Ashammakhi
博士
。
參考文獻：
doi.org/10.1002/adfm.202104149
展開 《先進功能材料》新型生物電傳感器有望應用于電子皮膚研發
電子設備與人體組織的整合是長期以來的一大挑戰。其中需要解決的一個問題是材料的機械性能與軟組織結構的不匹配，這可能影響器件的性能和可靠性。因此，人們越來越關注如何制造可以整合到組織中的可兼容電子設備。盡管在彈性體上運用不同的技術來設計柔性電子裝置，但這些裝置的剛性并不與軟組織的剛性相近，例如在大腦中的軟組織。
為此，由卡內基·梅隆大學的Christopher J. Bettinger為首的一組研究人員描述了一種通過轉移印刷將多電極陣列與軟粘合劑水凝膠集成的超級兼容的電子設備，這種技術將電子與膨脹聚合物網絡集成在一起。他們在周圍神經系統進行了體內神經記錄，證明了這些裝置粘附于下層組織并記錄單個單位神經活動的能力。這進一步驗證了裝置的機械性能與神經組織之間有了更好的匹配，從而提高了記錄穩定性和可靠性。
這項研究提供了一般的制造策略，解決了幾個問題，比如水凝膠和微細加工技術不相容的問題，以及水凝膠與電子結構的粘附性差的問題。 這些超級兼容的、基于水凝膠的電子產品，因為其卓越的機械性能，可與興奮性器官（如脊髓，大腦和心臟）相互作用。
正如主要作者Christopher J. Bettinger教授所說，“如果我們能夠制造機械性能更接近果凍而非木材或塑料的電子設備，那么我們就可以以更良性的方法，悄悄地將神經探針與大腦連接起來。”
研究的下一個里程碑將是提高這些基于水凝膠的電子設備的長期可靠性。
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201801059
來源：Wiley
展開 ：器官芯片的電化學生物傳感器集成
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、生物標志物檢測和傳感器再生，從而允許連續、原位和非侵入性對于器官芯片平臺上的可溶生物標志物的自動化定量分析。該平臺具有很高的通用性，可以應用于大多數可溶生物標志物的在線檢測，可以與眾多現有的器官芯片裝置連接，并且可以多路復用以同時測量多個生物標記物。
圖1. 擁有電化學傳感器集成的多器官芯片用于對于可溶生物標志物連續、原位和非侵入性的定量分析。
該文章以“Microfluidic Integration of Regeneratable Electrochemical Affinity-Based Biosensors for Continual Monitoring of Organ-on-a-Chip Devices”為題發表在Nature Protocols上。哈佛醫學院Y. Shrike Zhang教授和Su-Ryon Shin教授為本文的共同通訊作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41596-021-00511-7
作者簡介：
Y. Shrike Zhang博士于美國哈佛大學醫學院擔任助理教授，2013年和2011年于Georgia Institute of Technology和Washington University in St.
展開 東華大學武培怡教授團隊《Small》:“智能粘附”的多功能水凝膠離子皮膚生物傳感器
該離子皮膚具有仿生離子通道，可以將信號從非生物界面傳輸到生物界面。這一工作讓離子皮膚的功能從簡單的傳感診斷擴展到診斷治療層面。然而，我們仍然注意到大多數應用在皮膚創面上的輔料都具有較強的粘附性。在實際應用過程中，從傷口上剝離這些材料需要克服較強的粘附力，這很有可能對創面皮膚造成二次損傷。此外，真實皮膚能夠感知各種外界刺激并同時進行區分，但現有離子皮膚的感知功能大多數是一對一的，很難單憑一個響應系統區分不同的信號。因此，提升離子皮膚的靈敏度以實現多重信號區分能力，設計粘附力可強弱切換的智能離子皮膚以提高實際應用價值仍然具有挑戰性。
近日，東華大學武培怡教授研究團隊開發出一種基于天然大分子季胺化殼聚糖(QCS)的“智能粘附”聚電解質水凝膠材料(QAAH)。該水凝膠制備過程簡單，通過將QCS水溶液與丙烯酸單體以一定比例混合，70 °C下熱引發自由基聚合六個小時得到。QAAH具有溫敏性和pH刺激響應性，并集成生物相容性、導電性、粘附性、可拉伸性、自修復性多重功能。值得注意的是，該水凝膠的粘附性能具有溫度依賴性，可以通過體溫觸發相轉變實現皮膚強粘附，并通過降溫降低粘附性實現粘附力的強弱切換。該水凝膠具有仿生離子傳輸通道，作為離子皮膚可用于監測由物理、化學和電信號刺激產生的生理信號的變化，其中包括呼吸，心電圖，體溫，pH值，壓力等。由于高的響應靈敏度，該水凝膠實現了同時辨別溫度和壓力信號的能力。
圖1. 可自由拆卸的“智能粘附”水凝膠離子皮膚生物傳感器制備過程與多功能展示。
QAAH具有廣泛可調的UCST型相轉變行為。
展開 
長春工業大學高光輝：生物基水凝膠傳感器，用于測量具有穩定附著力和超高韌性的人體運動
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，這在很大程度上歸功于足夠的能量耗散機理。
出人意料的是，PAAM-SC-CC水凝膠對各種固體基質和人體皮膚均表現出穩定且可重現的粘合力。由于酪蛋白酸鈉驅動的大量游離離子，PAAM-SC-CC水凝膠可以保持穩
定而靈敏的離子電導率，而無需添加其他填料
。
實驗證明，它可以應用于復雜信號的人體運動監控領域。因此，
PAAM-SC-CC水凝膠傳感器可以監測人體在不同應變范圍內的運動，包括喉嚨運動和關節伸展。可以想到具有各種特性的這種基于水凝膠的柔性換能器，以擴大生物電極，人機，個性化醫療健康領域等的應用領域。
相關論文以題為
Bio-Based Hydrogel Transducer for Measuring Human Motion with Stable Adhesion and Ultrahigh Toughness
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
與PAAM-SC-CC水凝膠有關的結構機理和應用顯示。
圖
2.
展開 吉大林權教授課題組AFM：仿肌肉結構且具有各向異性的MXene導電水凝膠的制備及在生物傳感器方面應用
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。由于MXene導電水凝膠的各向異性，其力學性能和導電性在特定方向上得到增強。通過溶劑置換的方法，賦予導電水凝膠較寬的耐溫范圍為-36°C至25°C。因此，受肌肉啟發的MXene導電水凝膠具有各向異性和耐低溫性，可作為可穿戴柔性傳感器和3D傳感陣列（圖1）。
圖1. PMZn-GL水凝膠的合成方法及其在可穿戴柔性傳感器和三維傳感器陣列中的應用。
圖2. a)溶膠-凝膠轉變。b)導電水凝膠橫截面的SEM圖像。c)SEM圖像的俯視圖。d)MXene導電水凝膠在平行和垂直網絡方向的存儲模量和損耗模量。e)拉伸應力-應變曲線。f)壓力-應變曲線。g)電導率。
通過凍融和定向冷凍相結合的方式，制成MXene導電水凝膠。通過掃描電鏡（SEM）觀察水凝膠的結構，發現所制備的導電水凝膠具有有序的取向性，水凝膠結構為有序的網絡。后續對MXene導電水凝膠的各向異性進行研究，通過流變、拉伸、壓縮、電導率這四個方面進行研究討論。他們發現沿水凝膠網絡方向的各項數據均優于垂直于水凝膠網絡的，說明所制備的MXene導電水凝膠具有獨特的各向異性（圖2）。這項研究為設計可穿戴柔性傳感器提供了一種新的策略。
展開 可攝取的傳感器：能診斷胃出血！
（圖片來源：MIT）
研究人員在豬身上測試了這種可攝取的傳感器，結果顯示它可以正確地判斷豬胃中有沒有出血。他們預測，這種傳感器既可以一次性使用，也可以在消化道中存留幾天或幾周，持續發送信號。
目前，如果病人被懷疑出現胃潰瘍出血，他們就必須經受內窺鏡檢查，而這通常會需要病人接受鎮靜。
Mimee 表示：“這種傳感器的目標就是，你將可以通過服用膠囊，避免不必要的手術，并在相對較短的時間內，了解是否出血。”
論文中，研究人員改變了之前描述的傳感器，使之適應其他兩種分子，但是目前他們還沒有在動物身上進行測試。其中一種傳感器可以檢測稱為“硫代硫酸鹽”的含硫離子，這種離子與炎癥相關，可幫助監測克羅氏病或者其他炎癥。另外一種傳感器可以檢測稱為“AHL”的細菌信號分子，它可以作為胃腸道感染的標志物，因為不同的細菌會產生稍有不同的分子版本。
Mimee 表示：“這篇論文中，我們開展的大部分工作都與血液相關，毫無疑問你將可以設計細菌來感知任何東西，并產生對其作出響應的光線。如果有人想要用細菌來感知疾病相關的分子，可以將它放進某一個井中，然后就可以工作了。”
價值
麻省理工學院電氣工程與計算機科學系和生物工程系副教授 Timothy Lu 表示：“我們通過將人造的生物傳感器與低功耗無線電子器件結合到一起，幾乎可以實時地檢測人體內的生物信號，從而為人類健康應用開啟新的診斷能力。”
Chandrakasan 表示：“這項研究的重點在于系統設計和集成，將細菌感知的能力與超低功耗電路相結合，實現重要的健康感知應用。”
未來
為了將這項技術推進到讓患者使用，研究人員計劃降低傳感器的尺寸，并研究在消化道中細菌細胞可以存活多久。除了檢測出血，他們也希望開發能檢測其他胃腸疾病的傳感器。
研究人員稱，傳感器可設計成攜帶多個細菌菌株，從而可以診斷多種疾病。
展開 中科院理化所江雷院士課題組《ACS Nano》綜述：仿生徑跡蝕刻聚合物納米通道 - 用于檢測分析物的穩態生物傳感器
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。
近期，中國科學院理化技術研究所江雷院士課題組在ACS Nano上發表了題為“Bio-inspired Track-Etched Polymeric Nanochannels: Steady-State Biosensors for Detection of Analytes”的綜述文章。文章第一作者是成都理工大學材料與化學化工學院汪建副教授，通訊作者為中科院理化所周亞紅博士。該工作得到了國家自然科學基金委員會的支持。這篇綜述基于徑跡蝕刻仿生聚合物納米通道，總結了聚合物基納米通道穩態生物傳感器作為檢測與生命體相關目標物平臺的最新進展，并就該研究領域在未來的研究方向和發展前景進行了展望。
圖1 聚合物納米通道作為穩態生物傳感器平臺檢測五類目標物
該文章首先介紹了仿生納米通道傳感器的設計策略，對比了電阻-脈沖傳感器和穩態傳感器的檢測原理和應用范圍，指出納米通道穩態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。概述了目前聚合物納米通道穩態生物傳感器主要檢測的五類目標物，包括離子、小分子、核酸、蛋白質和病原體（圖1）。
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